飞秒光丝阵列对10 GHz电磁波的吸收特性

为了研究飞秒光丝阵列对10 GHz电磁波的吸收特性,建立了飞秒光丝阵列吸收电磁波的有限元模型,研究了光丝内电子温度、电子数密度、光丝直径和电磁波的极化等参数对吸收系数的影响。研究结果表明:当电磁波偏振方向与光丝轴向垂直时,阵列对电磁波是透明的;增加光丝内电子数密度或提高电子温度,吸收系数先增大后减小;当光丝直径与电磁波趋肤深度相等时,吸收系数达到最大值。对于S极化电磁波,当光丝直径为50 μm时,吸收系数随入射角的增大而变大;当光丝直径为100~200 μm时,在入射角较小时,吸收系数随入射角的增大而变大;在入射角较大时会出现吸收峰值,最高可达0.45,且光丝直径越大,吸收峰值对应的入射角就越小;对于P极化电磁波,吸收系数随入射角增大而降低。     

光学史上的一段佳话

 光既具有波动性,又具有粒子性,如今这早已是众所周知的事实。可是,在光学发展之初,光所具有的这种波粒二象性却由于两个学派的争论而处于对立之中。当时,人们对光的本性还没有统一的认识,归纳起来大致有两种学说,一种是以牛顿为代表的微粒说,一种是以惠更斯为代表的波动说。牛顿的微粒说,主要是根据光的直线传播特性,认为光是一种微粒流,微粒从光源中飞出,在均匀物质内按照力学定律做等速直线运动。这种观点较好地解释了光的折射和反射定律。惠更斯是光的微粒说的反对者,他创立了光的波动说。１６９０年他在《论光》一书中写道：“光同声一样,是以球形波面传播的,这种波同把石子投在平静的水面上激起的波相似。”     

光电效应与光电器件的应用

 一、光电效应及其理论解释著名物理学家赫兹为了验证麦克斯韦预言的电磁波,于1887年发现当光照射在金属表面时,电子可以从金属中脱出这一物理现象。这一现象叫做光电效应,可以从金属中脱出的电子叫光电子。光电效应可以分为两类。一类是当光照射在金属表面时,电子从金属中脱出,叫做外光电效应。另一类是当光照射在某些半导体材料上时,被半导体材料吸收,并在其内部激发出导电的载流子(电子-空穴对),从而使得材料的导电率显著增加(所谓“光电导”);或者由于这种光生载流子的运动造成的电荷积累,使得材料两面产生一定的电位差(所谓“光生伏特”),这两种情况叫做内光电效应。光电效应的实验规律是光的波动理论无法解释的。     

光程与光程差概念在波动光学教学中的应用

 光学是物理学的重要组成部分，波动光学又是光学中更为重要的部分，其内容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等。这部分内容，无论是在理论上还是在应用上，都在物理学中占有重要的地位。正因为此，光学，特别是波动光学，是大学物理专业的主干课程。学生在学习这门课程时，往往感到内容抽象、公式繁杂、不易掌握。究其原因，主要是因为学生在学习这些内容时常常将每个知识点孤立起来学习和应用。实际上，以“光程与光程差”为主线，将波动光学的主要内容--光的干涉、衍射和偏振等贯穿起来进行讲解，具有简洁、直观和逻辑性强的特点，便于学生掌握相关知识、提高学习效率。下面，我们先引入光程、光程差和位相差等概念，然后讨论它们在波动光学教学中的应用，最后指出为什么作为几何光学物理量的光程与光程差可用来描述原本只能用光的“波动说”才能解释的物理现象。     

封面说明

本刊今年起改版,从16开改为大16开,页数从48页改为64页,封面图案也改为每年一换,主要配合当年物理学史上的重大事件。所谓物理学史上的重大事件,指的是重大的物理学发现或发明的10或25的整倍数周年。 今年物理学史上的重大事件有两桩,分别是德布罗意(1892—1987)提出实物粒子波粒二象性80周年和盖尔曼(1929—)提出强子结构的夸克模型40周年。这两件事在微观物理学中都具有里程碑的意义。 对光的本性,从来就有微粒说和波动说的争论。传播光学中的干涉现象表明光是一种波,麦克斯韦的电磁理论提出后更证实了光波是电磁波谱中的一个波段。但是,为了解释H.赫兹于1888年发现的光电效应,     

从引力波探测中的压缩光到光原子钟

2020 年度“墨子量子奖”授予量子精密测量领域, 获奖科学家是 Carlton Caves, 香取秀俊和叶军. 香取秀俊和叶军又获得2021 年基础物理学突破奖. 对于引力波探测中的量子噪声,Caves 分析了海森堡不确定关系所带来的测量精度极限, 并且提出用压缩光来克服这个极限. 这个方法已经被探测引力波的激光干涉仪实际采用. 原子钟基于原子中电子改变能量状态时, 发射或吸收的电磁波, 提供了最精确的时间和频率标准. 与基于微波的原子钟相比. 光原子钟, 特别是光晶格上的大量原子, 可以达到更好的精度. 叶军的研究组将约1 万个锶原子放在3 维光晶格中, 实现光原子钟, 相对精度达到2.5 × 10-19 . 香取秀俊的研究组搭建的两个可移动光原子钟, 精度达到了5 ×10-18 , 并用来测量了引力红移, 达到地面测量的最好精度.     

冲破量子极限——光压缩态

 近几年来,物理学最古老的分支之一--光光又有了新的突破,人们从实验上获得了光的一种量子态--压缩态光.读者可能会问,“光怎么能被压缩?”要解释什么叫压缩态光,还得从光的本性谈起.(一)光的量子涨落光是一种电磁波.在经典光学里,我们可以设想在空间某点光场随时间的周期性变化如图1(a)所示,其中纵坐标为电场强度,在任何时刻它的振幅和相位都是完全确定的.     

高分子光激发的超快过程与弛豫

利用多声子跃迁理论,解释了聚合物中光激发动力学中的快成分(100fs)和慢成分(ns)的起源。并分别计算了它们的演化时间。结果表明,快成分对应于从自由电子-空穴对形成中性双极化子,慢成分对应于中性双极化子的无辐射衰变。还用解动力学方程的方法模拟了双极化子的形成。 关键词：     

《光学》

 光学是物理学中发展较早的一门学科。主要研究光的本性、光的发射、传播与接收的基本规律，光和其他物质间相互作用所遵循的规律及其应用。     

光与物质作用的能量转换机理探究

经典的光学理论都将光的波动性和粒子性区别来看。在利用光量子学说来解释光与物质作用时,也只强调光的粒子性,并且没有明确给出光与物质作用的力学机制,故而在光的波粒二象性的统一性方面存在着不足。本文提出了光子波驱动力模型假设,利用原子核一电子简谐振子力学模型对光与物质的作用机制进行了分析和修正,以三种半导体材料为例,较为合理地解释了物质对光的吸收,在一定程度上完善了对辐射光本质的描述。     

蒙特卡罗模拟光通过大气后的时间分布

采用蒙特卡罗方法模拟了光通过光学特性参数不同的大气后透射光时间分布.分析了大气的散射系数、吸收系数、不对称因子及折射率对透射光时间分布的影响.结果表明:透射光时间分布曲线存在两个峰,分别对应子弹光与漫射光.各光学参数界定了子弹光、蛇形光、漫射光的大小和时间范围,并从统计模拟的角度解释了折射率大的大气中难以成像的因为.     

WDM光网络串扰特性分析与实验研究

提出了WDM光网络系统串扰分析统一的数学模型,分析比较了WDM光网络系统各种串扰的起源与特征,实验研究了不同的非相干串扰代价下,WDM光网络系统的功率代价.对应1dB功率代价下,得出WDM光网络系统对应非相干串扰代价容限小于-20dB的结果.     

光差拍产生电磁波频率上限的探讨

从光差拍产生电磁波的光电流表达式出发,讨论了光差拍条件,探讨了光差拍产生电磁波的频率上限及制约因素.Matlab计算表明,产生电磁波的最高频率主要受光电探测器带宽的限制,可覆盖无线频段的最高端.笔者及其他学者分别在实验上成功产生了ROF系统毫米波和THz波.     

光散射的逆向思考

长期以来人们已习惯于光被物质散射的思考而形成的“光谱物理学”,而对它的逆向思维、即物质(如原子)被‘光’散射的诸多专题问津的较少;其中的某些问题,如物质(如原子)被光(散射)作用的经典物理图像;物质(如原子)被光加(减)速;物质(如原子)被光俘获、陷落、致冷和速度的聚束。此外,密度效应、光场与原子的互作用,(量子化)光(电磁)场对物质(如原子)散射等是近期取得的成果,都将在该文中给出。     

光散射的逆向思考

长期以来人们已习惯于光被物质散射的思考而形成的“光谱物理学”,而对它的逆向思维、即物质(如原子)被‘光’散射的诸多专题问津的较少;其中的某些问题,如物质(如原子)被光(散射)作用的经典物理图像;物质(如原子)被光加(减)速;物质(如原子)被光俘获、陷落、致冷和速度的聚束。此外,密度效应、光场与原子的互作用,(量子化)光(电磁)场对物质(如原子)散射等是近期取得的成果,都将在该文中给出。     

花儿为什么这样红——浅谈“颜色”概念

 “花儿为什么这样红?……”花儿为什么有红、有黄、有白?自然界中物质为什么会呈现五彩缤纷的颜色呢?还得从电磁波谱说起。我们都知道,将电磁波按其波长的长短依次排列起来就形成了电磁波谱。能引起我们视觉的只有其中很小一个范围的电磁波,我们称其为可见光(波长在3800埃一7800埃)。不同波长的光在我们视网膜上能产生不同的效应,正是这些效应给我们以颜色的感觉。     

殊途同归的光本性之争

 很久以来,人们对光就进行了各种各样的研究。光的本性到底是什么,这个问题长久以来困扰了很多有智之士。光的波动说笛卡儿（R.Descartes,1596～1650）就光的本性问题,在1637年提出两种假说。一种假说认为,光是类似于微粒的一种物质;另一种假说认为光是一种以“以太”为媒质的压力。虽然笛卡儿更强调媒介对光的影响和作用,但他的这两种假说为17世纪的微粒说和波动说的争论埋下了伏笔。17世纪中期,意大利的格里马第（F.Grimaldi,1618～1663）首先注意到衍射现象,这是光的波动理论的萌芽。     

当代的光物理学与原子分子物理学

 一、前言光物理和原子分子物理是两个既有区别又有密切联系的学科.原子分子是物质组成的一个基本层次.原子分子物理学是研究这一层次的结构、运动状态及与周围环境和外界条件相互作用的科学.光学是研究光的基本性质,光的产生、传输、接收、显示及其与物质相互作用的科学.随着光学的发展和应用领域的日益扩大,比较偏重应用和技术的部分已逐渐脱离物理学而成为独立的科学技术门类.     

再论质量的起源

物质的质量是怎么来的?能从理论上研究质量的起源吗?人类目前所能做的实验是否到了可探索这些质量起源的程度?本文将要介绍目前物理学对这些问题的认识.我们首先通过修改牛顿第零定律引入结合能来介绍物质的各个不同层次上的质量起源的研究链条,然后重点讨论基本粒子质量的起源,并介绍基本粒子质量与对称性的关系,最后讨论三种与质量起源有关的质量产生和分裂的机制.     

光电效应和康普顿效应中光子和电子之作用

 我们知道,当波长较短的光与物质相互作用时,则表现为粒子性.光电效应和康普顿效应(亦称康普顿散射)是光的粒子性的最好证明.在这两种效应中都包含了光子和电子的作用,那么在这两种效应中,光子和电子作用有什么不同?在什么情况下,产生光电效应?在什么情况下,产生康普顿效应?这些问题常使学生感到困惑.为回答上述问题,本文试对这两种效应中光子与电子作用的异同之处作一定性讨论.