利用高精度时间间隔测量技术实现光速测定方法的研究

为了实现实验室环境下测定光速，采用已知长度及折射率的单模零色散光纤作为传输介质，利用高精度时间间隔测量技术测量了光在该光纤中的传输延时。经过理论推导，求出光速c与作为传输介质的光纤长度L、折射率n及光纤延时τ之间的关系式，从而通过测量得到L，n及τ的值即可计算得到真空中的光速值。与传统的利用天文法及精密仪器测量光速的方法相比，采用比较先进的高精度时间间隔测量技术可使时间分辨率达到125ps，从而在实验室环境下，利用简单仪器得到了高精度的测量结果。最终测量所得光速为299928077m/s，误差为30860m/s。     

光学耦合腔中类电磁感应透明现象的实验研究

光学耦合腔可以模拟原子系统中的电磁感应透明(Electromagnetically induced transparency,EIT)效应.采用分离光学腔镜建立耦合腔,该系统易于调节腔的各种参数.通过改变中间耦合腔镜的不同透射率,实验测量了两耦合腔的反射谱,观测到两耦合腔由于经典相消干涉产生的类EIT现象.由于该系统简单灵活,可用于慢光速和超光速的实验研究.     

在掺铒光纤中直接观测慢光和超光速信号的演化

最近几年中,慢光和超光速的研究取得了很多进展.慢光和超光速产生的物理机制作为慢光和超光速研究领域的一个重要方面也吸引了研究者的关注.设计了一个新颖的实验,在掺铒光纤中观测了慢光和超光速信号的演化.分别在慢光(0相似文献   

光速

 光的传播速度在物理学中起着十分重要的作用,因为原子世界中的一切事件都同光速有关.因此,有关光速的知识对于我们近代文明显得特别重要.过去几百年来,已有很多人利用直接或间接的方法,在真空中或在各种透明介质中对光的传播速度作了测量.在测量光速中,需要区分两种不同性质的光速,一种是相速或称波速,一种是群速或称信号速.现对它们分别作一简述.     

用旋轉鏡法測定光速的計算公式

福里斯的“普通物理学”一书在讲述测定光速的旋转镜法(傅科实验)时,给出了如下的光速计算公式: c=4ωLl/△S· (1)对于推证过程,作者只作了很简略的阐述。本     

天体运动能超过光速吗?

按照相对论的原理,一般认为任何物体运动的速度都不能超过光速.而近十年来,射电天文学家却观测到愈来愈多的视向速度超过光速的河外星体.其中类星体3C 279的视向速度达到了 45倍光速这样惊人的数值[1]. 这种射电天文观测是在厘米波段用很长基线的干涉仪(由很长距离上分布的一些射电望远镜组成的干涉仪系统)进行的.在不同时间拍摄星系的射电像,能够给出星系各部分在相应时刻的位置,这样就可得出这些部分相对运动的速度. Pearson等人报告了他们在1977年至1980年间对类星体 3 C 273的观测结果[2].从所给出的这三年间此类星体中心区 3C 273 B…     

卡塞格林系统调焦时成像晃动的研究

卡塞格林系统观测不同距离目标时需要用螺纹微调旋转次镜的方法来改变焦距以获得清晰的像,但次镜随螺纹旋转会导致系统成像的周期性晃动,这在许多高精度光学仪器中是不允许的。针对该问题,分析了系统成像周期性晃动的影响因素并给出具体的运算公式。通过具体事例结合工厂加工水平,分析出该加工精度下的最大可能偏差,若其不在仪器误差允许范围内,就需采用无旋转的次镜微调机构。结果说明,用旋转次镜的微调机构产生的晃动半径有0.65 mm,而用无旋转的次镜微调机构产生的晃动半径只有 0.13 mm,系统精度得到较大提高。     

光速的测定

光速是最重要的物理常数之一,因此光速的测定历来为物理学者所普遍重视.光速测定的原理很简单(即利用公式c=s/t)但因为光速是个非常大的量,因此要精测它是不容易的.现在测量的方法很多,70年代外国许多大学已排有光速测量实验.我国至今排出的还不多.83年北京大学介绍了利用氦—氖激光测光速的示范实验.它是个很好的示范实验,但是它需要昂     

光在吸收介质中的传播速度对光腔衰荡测量精度的影响

利用光腔衰荡法测量吸收系数时,光在吸收介质中的传播速度和空腔是不同的,这种区别导致测量精度在一定程度上受到影响.为了考察吸收系数的测量精度受光速变化的影响程度,进行了相关的分析和推导,并根据实验及部分文献提供的数据进行了数值计算,得到了忽略光速变化将导致测量结果偏小的结论,偏差值与腔镜反射率有关.当腔镜反射率达到99.99%时,就有必要考虑该因素的影响,除非实际测量中存在其它因素使测量精度远不能达到最高值.     

光速测量现状

自从1958年弗鲁姆(Froome)利用微波干涉仪法得到当时公认的光速值c=299,792.5±0.1km/sec[1]以来,所有的光速精密测量均是基于c=λ·v而得到的,即电磁波在真空中的传播速度等于电磁波的频率与其相应真空波长之乘积.当时的不确定度是3×10～(-7),其主要原因是使用的波长较长(λ=4mm),因此波长测量的准确度较低,衍射效应带来的误差也较大.激光器的出现为这一方法提供了合适的光源.采用饱和吸收技术可以得到频率稳定性和复现性均十分优良的激光辐射,并且使用的波长可以比原先小三个量级(微米量级),接近位于可见光谱区的长度基准.这使波长测量…     

“共存原理”是没有根据的──对《亚光速和超光速映射理论》一文的意见

超光速粒子存在的可能性及其性质是个值得探讨的课题,对超光速粒子的讨论,已有不少工作[1-4].《亚光速和超光速映射理论》以下简称《映射》)一文试图根据对立统一规律,建立亚光速和超光速粒子的统一理论,是应该肯定的.但所提出的“共存原理”没有根据. 按共存观点,超光速粒子与亚光速粒子有完全一一对应的共存关系,凡在加速器中的粒子碰撞时产生一个亚光速粒子就必须“同时产生”一个超光速粒子,这是与大量粒子物理实验的观测不符合的.即使根据《映射》一文的观点,也得不到这样的结果.从文中的(3.8)、(5.5)和(5.6)式可以推得而且沿用该文的…     

空间目标天文定位方法及观测分析

研究并分析了一种加权最小二乘曲面法,将其用于空间目标天文观测,该方法不仅简单方便,而且还能够用于高准确度、大数据量的天文定位.通过实际星空观测,对连续拍摄的星图进行分析计算,结果表明,拟合均方误差在赤经和赤纬方向均优于4″.赤纬的定位准确度高于赤经的定位准确度,在赤经与赤纬方向上的最大定位误差分别为5.13″和1.74″.该方法降低了恒星位置误差对观测结果的影响,剔除了定标星的偶然匹配误差,提高了观测数据的利用率以及天文定位准确度,在实际工作中有较高的应用价值.     

狭义相对论中的几个佯谬(讲课札记)

真空光速c既是一个具有运动学品性的量,又是一个电磁场理论中具有动力学品性的量.因此狭义相对论中的光速不变原理不但可以给出洛伦兹时空变换,进而给出钟慢、尺缩等运动学观测效应,而且同时也对理论的动力学结构提出了在经典力学中不可能出现的约束.本文设计并详细分析了几个典型的佯谬问题,旨在说明狭义相对论的运动学如何约束其动力学结构.具体来说,运动学的观测效应要求动力学上与其协调的一定是以有限速度传播的场相互作用理论,其传播速度上限即为真空光速,而场量的变换应由洛伦兹时空变换所决定.进一步分析表明,场具有动量等物质属性,是物质存在的一种形式.     

锁定放大器在光速测量中的应用

结合声光调制原理和锁定放大器的工作原理,设计了基于调制法的测量光速实验.通过测量和计算得出光速为2.993×108 m/s和3.000×108 m/s,与光在空气中的速度值2.997×108 m/s相比,误差分别为0.13%和0.10%.此方法的优点是光速经过调制后,光的频率被调制为60～100 MHz,使得光波长调制为3～5 m,便于在实验室里进行光速测量.     

高准确度LCOS自适应光学成像系统的研究

设计了一种液晶自适应光学成像系统.系统中高准确度硅基板液晶(LCOS)器件被用来校正波前位相.LCOS的优势在于它具有几十万个校正单元,而传统的变形镜最多只有1 000左右的校正单元,这种驱动单元的优势使LCOS拥有更高的校正准确度.系统中哈特曼波前传感器被用来测量波前畸变.对点光源进行闭环校正实验中,CCD相机获取了一个高清晰光点图像.实验中波前校正准确度为PV=0.08 λ,rms=0.015 λ(λ=632.8 nm),系统接近衍射极限.     

爱因斯坦建立狭义相对论的关键一步——同时性定义

本文阐明了双程(回路)光速的数值可以由实验直接给出,但是单向光速的数值不能由实验获得而只能通过单向光速各向同性的假设使之等于双程光速的数值.有了这个(假定的)单向光速的数值就可以同步惯性系中的所有时钟,因而定义了惯性系的时间坐标,正是由于这种同时性定义,爱因斯坦才进而发现了狭义相对论.迄今为止所有测量光速的实验给出的都是双程而非单程光速的数值.为了从理论上阐述单程光速无法测量,我们介绍了爱德瓦兹同时性,它是使用双程光速不变而单程光速任意的假设来定义的;同时给出了与之相应的爱德瓦兹变换,进而讨论了这种同时性与爱因斯坦同时性的关系.通过时间膨胀和长度收缩效应阐明了二者在物理上是等价的,也就是说单向光速的效应在实验中不会显现.     

使用红外干涉仪测量红外材料折射率

使用自行研制的泰曼型红外干涉仪测量红外材料的折射率.在干涉仪的测试臂中加一个旋转台,将被测件放在旋转台上旋转,在旋转过程中经过被测件的光程发生改变,导致干涉条纹发生移动,通过测量条纹的移动数和被测件的旋转角度来计算出被测件的折射率.测量结果显示,25°C时在10.6μm波段处锗单晶的折射率为4.003,硫系玻璃锗砷硒(GeAsSe)的折射率为2.494.折射率测量的误差在10-3量级,增加被测件的厚度会进一步提高折射率的测量准确度,待测红外材料的折射率越低,测量准确度越高.     

近距离高准确度光电测距技术的研究

研究了近距离光电测距系统的工作特点,设计了近距离光电测距相机光学系统.基于几何相似法原理,提出几何相似法光电测量系统的测量过程是一个不等准确度测量过程.重点研究了不等准确度测量过程中的测量数据处理技术,给出了测量系统测量数据修正的方法.同时对比了修正前和修正后测量结果的差异,明确指出,采用不等准确度最小二乘法处理测量数据可以提高极近距离处的测量准确度.     

旋转棱镜补偿器的计算

在旋转棱镜补偿高速摄影机里,旋转棱镜补偿器是一个关键部件。该部件设计的优劣对成象质量影响很大。本文介绍如何用优选法来求得旋转棱镜补偿器的最佳参数(梭镜最佳厚度和最大补偿角)。     

中子星可观测量与不同密度段核物质状态方程的关联

中子星物质主要是由高密度非对称核物质组成.目前通过地面重离子碰撞等实验来认识高密度非对称核物质的物态还存在很大的不确定性.随着对中子星天文观测精度的提高以及可观测量的增多,基于对中子星的天文观测来反向约束高密度非对称核物质物态成为了可能.从理论上去探讨中子星的可观测量与不同密度段物态方程的关联程度,将有助于上述反向对中...