也谈电磁波的相位不变性

本文利用光子的能量动量的洛伦兹变换关系，直接证明电磁波相位的不变性，方法简洁．     

强作用介质诱导的光子辐射和双轻子产生

考察了相对论性高能重离子碰撞中产生的硬部分子喷注穿过强作用介质时,喷注与介质中的部分子多次散射诱导的光子辐射与双轻子产生,得到了对应于opacity展开第一阶的光子横动量谱,辐射光子导致的喷注的能量损失以及双轻子的不变质量谱,结果表明,光子的产生率随横动量的增加而降低,双轻子的产生率随其不变质量的增加而减小,辐射光子导致的能量损失线性依赖强作用介质靶的厚度。     

光子在真空和透明介质中的能量和动量问题

针对光子在真空和进入透明介质后的能量和动量问题进行探讨,探讨光子在透明介质中的微观运动与宏观观测中所定义的光子能量动量关系之间的联系,澄清对光子的能量动量关系和对质能关系认识上所存在的误区。     

光压与光压推进

 2005年6月21日,美、俄科学家向太空发射了人类历史上第一艘太阳帆飞船---“宇宙一号”(由于搭载的火箭引擎故障,在发射后不久失踪)。这艘耗资400万美元、总重量为50千克的飞船,由8片各15米长的超薄三角形聚酯薄膜帆板组成,呈风车状,总面积达600多平方米,帆板表面上涂满了反射物质;它利用光压推进,无须携带任何燃料,只要有阳光存在,它就能获得动力加速飞行。光子与光压光子是静止质量为零的中性粒子,是光和电磁波能量、动量的携带者,其能量E=hυ、动量p=hλ=hυ/c(h为普朗克常数,υ为光的频率,λ为光的波长)。真空中,每个光子都以光速c=3×10⁸米秒-1运动。     

镧系氧化物光子晶体自组装与自发辐射调制

光子晶体是介电常数(折射率)随光波长大小周期性巨大变化的人工晶体。光子晶体的诞生使人类操控光子由梦想成为现实。光子晶体结构对置于光子晶体中的荧光客体自发辐射速率和荧光强度具有重要的调制作用。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似,光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波——当电磁波在光子带隙材料中传播时,由于存在布拉格散射而受到调制,电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙,即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子,不能进入该晶体。本文将在综述这一领域国际上的重要研究进展基础上,重点介绍本课题组在镧系氧化物三维晶体的自组装与光子带隙对稀土离子自发辐射调制方面的研究成果。     

基于圆微带天线阵的射频涡旋电磁波的产生

射频涡旋电磁波等相位面呈涡旋状,是一种携有新自由度-轨道角动量的电磁波。在轨道角动量模式理论分析的基础上,提出了在中心频率6 GHz处产生携有轨道角动量的涡旋电磁波的一种圆微带天线阵新结构,设计了以双层圆形微带天线为阵元组成的圆形阵列天线,通过控制馈源的相位差,得到模式量子数为0,1,2, 3, 4的轨道角动量。仿真结果表明:携轨道角动量的电磁波矢量电场图具有涡旋波阵面的特性,合适的阵列半径和馈线排列分布将产生携有良好轨道角动量特性的涡旋电磁波,而不当的阵列半径或馈线排列分布将出现能量的分散或者相互耦合的问题。     

6.8GeV/cπ~-N非弹性作用下π~0介子的产生

利用联合原子核研究所24立升丙烷气泡室照片,对动量为6.8GeV/cπ~- 介子与核子非弹性作用产生π~0介子的问题进行了研究。扫描了约2700对立体照片。在宽度为29.3厘米的有效范围内得到了1275个π~--N非弹性作用事例。在936个π~--p事例和339个π~--n事例中,观察到正电子、负电子对数目分别为240和89。考虑了气泡室对γ光子的探测效率,我们得到每个事例产生的平均π~0介子数_π~0=1.00±0.06。γ光子的平均横动量为_⊥γ=173MeV/c。此外,着重研究了γ光子的能量分布。在γ光子全部是由π~0介子衰变产生以及π~0介子和π~±介子具有相同能谱的假设下,利用在相同入射粒子能量的π~--N作用中所产生的次级π~±介子能量分布变换成γ光子的能量分布;将本实验所得的γ光子能量分布和变换得到的分布进行比较,这两个分布在实验误差范围内完全符合。     

原子运动对双光子JC模型能级分裂的影响

研究了双光子JC模型中原子运动对能级分裂的影响及其在原子辐射谱中的反映。结果发现,当原子具有确定的动量和光场处于Fock态时,每个原子能级具有两个值,原子辐射谱的谱线相应地分裂为两条。原子分裂能级的间隔主要依赖于原子和光子的动量的差值。     

多普勒效应的研究

以光子假设为前提 ,利用动量守恒定律和能量守恒定律导出了相对论多普勒公式 ,并简单讨论了经典力学的多普勒效应。     

二维光子晶体功率分配与合成的仿真

利用平面波展开法,绘出了光子晶体的能带结构图,揭示了光子晶体能带结构的特点.在带隙结构中引入线缺陷,实现了对电磁波传播方向的控制.通过设计不同的线缺陷分布,实现了对电磁波传输能量的分配与合成.最终完成了对电磁波传播方向的控制和功率分配及合成的引导.采用Comsol Multiphysics软件对空气背景不同形状的介质光子晶体进行功率分配与合成的仿真,结果表明,在光子晶体中通过对线缺陷的设计,可实现功率的分配与合成.     

爱因斯坦对光子的想象－－辐射与分子间能量动量转移的动平衡

介绍并赏析爱因斯坦对量子力学理论的发展起过重要推动作的文章一篇,他利用带有动量及能量的光子的想象,引入自发辐射,诱发辐射及吸收3种跃迁概率,验证了分子的麦克斯韦－玻尔兹曼分布与辐射的普朗克分布之间的动量能量转移的动平衡,结合这一工作前后的物理学背景和发展,本文也着重阐明学术思想的发生和发展过程。     

爱因斯坦对光子的想象——辐射与分子间能量动量转移的动平衡

介绍并赏析爱因斯坦对量子力学理论的发展起过重要推动作用的文章一篇.他利用带有动量及能量的光子的想象,引入自发辐射、诱发辐射及吸收3种跃迁概率,验证了分子的麦克斯韦-玻尔兹曼分布与辐射的普朗克分布之间的动量能量转移的动平衡.结合这一工作前后的物理学背景和发展,本文也着重阐明学术思想的发生和发展过程.     

6.8GeV/cπ-N非弹性作用下π0介子的产生

利用联合原子核研究所24立升丙烷气泡室照片,对动量为6.8GeV/cπ^-介子与核子非弹性作用产生π⁰介子的问题进行了研究。扫描了约2700对立体照片。在宽度为29.3厘米的有效范围内得到了1275个π^--N非弹性作用事例。在936个π^--p事例和339个π^--n事例中,观察到正电子、负电子对数目分别为240和89。考虑了气泡室对γ光子的探测效率,我们得到每个事例产生的平均π⁰介子数n_(π⁰)=1.00±0.06。γ光子的平均横动量为p_⊥γ=173MeV/c。此外,着重研究了γ光子的能量分布。在γ光子全部是由π⁰介子衰变产生以及π⁰介子和π^±介子具有相同能谱的假设下,利用在相同入射粒子能量的π^--N作用中所产生的次级π^±介子能量分布变换成γ光子的能量分布;将本实验所得的γ光子能量分布和变换得到的分布进行比较,这两个分布在实验误差范围内完全符合。     

光子飓风——具有光子横向轨道角动量的时空涡旋

众所周知,光子具有沿传播方向的线性动量。光子的线性动量在光与物质的相互作用中具有重要的作用。光子与物质的动量交换可以产生光压。2018年获得诺贝尔物理学奖的光镊技术基于微纳米颗粒对光子动量改变产生的光场梯度力。光子也具有沿传播方向的角动量,包括与圆偏振相关的自旋角动量和与涡旋相位关联的轨道角动量。近年来,研究表明在高数值孔径聚焦光场和隐失波光场中存在垂直于光束传播方向的光子横向自旋角动量[1]。那么是否存在垂直于光束传播方向的光子横向轨道角动量呢(图1)?我们最新的研究给出了肯定的答案,成果发表于《自然—光子学》[2]。     

带有环形谐振器的1×2光子晶体功率分配器传输性能

 利用正方格2维光子晶体设计了带有环形谐振器的1×2光子晶体功率分配器结构,该结构具有1个输入端口和2个输出端口。采用时域有限差分法研究了该功率分配器对电磁波的传输性能,结果表明：其结构在第三通信窗口(1 550 nm波长)实现了电磁波的高效传输,同时具有优良的电磁波通频带功率二等均分性,以及电磁波传输转向设计灵活、损耗低、结构紧凑等优点。     

浅谈光压(摘录)

光是电磁波的一种,是一种物质,具有能量和动量。当光照射在物体表面时,给物体以压力的现象称为光压。早在1600年前后,开普勒在研究慧星尾巴总是背向     

订阅《物理》得好礼——超值回赠《新世纪物理学》

所有粒子都处于具有一定能量、动量和质量的状态。在大多数标准模型中，同一种类的粒子的全部性质不能按照同一因子改变。例如，电子的能量或动量无论如何改变，其质量是不变的。但事情并非总是如此：无质量的粒子，如光子，可以存在于其性质按相同因子改变的状态。这种性质称为“标度不变性”。     

本刊刊出的彭桓武先生的论文《爱因斯坦对光子的想象——辐射与分子间能量动量转移的动平衡》获得第三届中国科协期刊优秀学术论文奖

在中国科协第三届中国科协期刊优秀论评审中，本刊2001年第7期上刊出的彭桓武先生的论《爱因斯坦对光子的想象——辐射与分子间能量动量转移的动平衡》获得第三届中国科协期刊优秀学术论奖．这次中国科协共评出了100篇期刊优秀论，其中中国物理学会主办刊物推荐的6篇论获奖。     

非平衡态辐射场能量状态参数的表征

本文提出了非平衡态辐射体系的热力学框架,以光子的能量、光子的有效能、光子的熵、光子的特征温度为基础,把辐射热力学体系分解为边界和辐射场进行描述,给出了非平衡态辐射场中辐射能状态参数的表征式,提出了表征任意指定照射窗口的照射辐射特征温度概念,结合照射辐射强度、照射辐射能量等效温度,表征了辐射场的能量强度、有效能和熵等热力学参数。     

红外线在夜视技术中的应用

 一、红外线及其物理特性红外线是一种电磁波,在电磁波谱中的位置是处于红外端,波长范围大致是0.76微米-1000微米。红外线与可见光、紫外线、Ｘ射线、γ射线及无线电波一起,构成了无限连续的电磁波。红外线除具有电磁波的一般性质外,还具有独特的性质。(1)红外辐射现象一切物体都会辐射红外线,物体的红外辐射与其本身的温度有着密切关系,物体的温度愈高,辐射电磁波的能量愈大。(2)红外线的热效应物体在辐射红外线的同时,还会吸收外界红外辐射的能量,当外界红外线辐射到物体上时,物体的温度就升高。(3)反射特性物体在不同波长红外线的照射下反射率各不相同。