高质量三维胶体光子晶体中慢光速与超光速的实验研究

利用飞秒脉冲自相关技术研究了高质量三维胶体光子晶体中的慢光速和超光速效应.实验中使用的胶体光子晶体是采用压力控制的绝热沉积技术（PCIHVD）制备的、由聚苯乙烯小球组成的人工蛋白石结构.由于其中的缺陷和位错密度很低,它们具有很高的通带透过率和陡峭的能带边缘.测量了从通带到带边直至带隙中央群速度的变化,在只有20层左右小球的样品中观察到低至0.43c的慢光速以及高至1.34c的超光速现象.此外,利用时域有限差分（FDTD）方法对短脉冲在三维光子晶体中的群速度进行了数值模拟,并且和 关键词： 三维胶体光子晶体 慢光速 超光速 脉冲自相关     

反常色散介质“超光速”现象研究的新进展

文章介绍了王力军等人的光脉冲在反常色散介质传播实验的测量结果，说明了实验测量的不完全性，因而它不能在是否超光速的问题的答案，文章还介绍了近一年来相应的理论研究工作，文章作者依据物理概念和理论研究结果论证了该实验所得的负群速度本身并不超光速；如果把负群速度看成是某种能量的传播那私超光速出现在负群速度开始时间间，因而它是超距作用，违反能量守恒或动量守恒，因此，负群速度只是表观速度，能流的研究结果也证明了这一点。这就是说，该实验并没有观察 到超观察到超光速传播。     

介质中光速种种

本文着重介绍了近年来对于介质中光速的实验研究，特别是介质中的光脉冲的超光速现象。     

有机高聚物PPQ薄膜的反常群速色散

通过对ＰＰＱ薄膜的吸收光学谱的计算分析，由Ｋｒａｍｅｒｓ－Ｋｒｏｎｉｇ关系得到ＰＰＱ膜在５５０ｎｍ～７００ｎｍ左右波段存在负群速色散区，并且色散量对相对较小，│β２│〉１．２ｐｓ＾２／ｍ，这使得对飞秒激光脉冲在ＰＰＱ平面光波导中的传输的传输的描述可以忽略色散顶，根据这一间化，仅考虑自相位调制（ＳＰＭ）效应，由于飞秒对撞锁激光脉冲的光谱展宽民计算的ＰＰＱ的非线性折射率系数ｎ２，与报道的结果吻合很好。     

Bragg空芯光纤中的群速度超光速的理论探讨

运用渐近法计算了多模B ragg光纤的场分布、有效折射率、各模式的色散参量、群速度及TE01模的能量速度。结果表明:各模式色散参量有正有负,但群速度都大于光速,而能量速度不大于光速。     

相速和群速的演示实验

本文介绍了演示相速和群速的演示实验装置和方法。     

基于全正色散光子晶体光纤的超连续谱光源

利用预估校正分步傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程, 模拟超短激光脉冲在全正色散光子晶体光纤中传输时的演化情况, 分析了不同脉宽和能量的脉冲对产生的超连续谱的影响. 结果表明: 无啁啾高斯脉冲在此全正色散光子晶体光纤中传输时, 始终保持单个脉冲特性, 提高脉冲峰值功率可进一步展宽获得的超连续谱.模拟结果同时表明, 利用中心波长为1060 nm, 脉宽和能量分别为50 fs, 15 nJ的脉冲抽运此光纤, 当传输12 cm 后便可获得具有较好的光谱连续性和光谱平坦度的超连续谱. 进一步模拟结果表明, 采用棱镜对对其进行脉冲压缩, 可获得脉宽约15 fs, 谱宽约700 nm的理想超连续谱光源. 关键词： 超连续谱 光子晶体光纤 全正色散     

光子晶体反常色散超窄带滤波理论

讨论了利用由反常色散材料构成的二维（2D）光子晶体(PCs)实现超窄带滤波（PCADOF）的原理，并对铯原子蒸气6P3/2←6S1/2谱线的反常色散曲线进行了研究，讨论利用此反常色散曲线通过2D PCs实现超窄带滤波的方法和特点，研究发现这种滤光器的带宽可达到0.002nm，这将为设计一种全新的滤波器提供指导. 关键词： 反常色散 光子晶体 超窄带滤波     

高透射率慢光速的光子晶体耦合腔波导的研究

将二维三角晶格光子晶体波导和微腔结构结合,优化设计了一种二维三角晶格光子晶体共振耦合腔波导,运用时域有限差分法(FDTD)模拟共振耦合腔波导TE偏振光的透射谱,通过透射谱得到传输光的透射率和群速度。结果表明,合适参数的二维三角晶格共振耦合腔波导在波长1.551μm处的群速度为c/130、透射率为20.1%,在波长1.502μm处的群速度为c/50、透射率为29.2%。运用平面波展开法(PWE)计算的该波导的能带结构对慢光特性进行了分析。这种慢光特性的光子晶体波导将在光存储、光延迟及光子集成等方面有潜在的应用价值。     

光子晶体光纤超平坦色散特性的研究

利用有效折射率方法的标量近似理论对三角排列的光子晶体光纤超平坦色散特性进行了理论分析和数值模拟,研究发现改变光子晶体光纤包层空气孔半径或空气孔间距可以改变波导色散的特性,从而可以设计在不同波段,不同大小值的超平坦色散。本文的计算和分析可以为设计不同色散特性的光子晶体光纤提供理论依据。     

超光速群速度与信息传输的有效速度

研究了反常色散介质中脉冲形变对超光速群速度的影响,发现即使光脉冲完全不产生形变群速度仍会超过真空中的光速。但波包的群速度并不等同于信号的传输速度,采用信息论方法,定义了信号的有效传输速度,并用于解释WKD(Wang,Kuzmich,Dogariu)实验。通过计算入射光与出射光信号所携带的信息量,发现由于光的波动衍射及光子散粒噪声的影响,出射光所携带的信息量会损失,使得光信号的有效传播速度不会超过真空中的光速。     

Superluminal propagation in plasma photonic band gap materials

Electromagnetic wave propagation in one-dimensional plasma photonic crystal (PPC) made of alternate thin layers of two materials namely plasma and dielectric materials is theoretically studied. Dispersion relation is obtained. Group velocity, effective group index, reflectivity and superluminal behavior have been studied. The study of the reflectivity plot shows that the designed structure works as a perfect reflector/mirror in a certain range of frequency. Left-right and up-down symmetries (and flip-flop) are observed when we study the variation of group velocity with frequency. Abnormal behavior of group velocity (negative) inside the PPC structure creates the superluminal propagation of electromagnetic waves. The marked existence of symmetries may be exploited for directional switching in optical circuits.     

TTI煤层群、相速度分析

以各向异性介质弹性矩阵为理论基础,结合TTI介质群、相速度相关公式,设计含有倾斜对称轴的横向各向同性煤层模型,通过模型试算,得到以下结论：随着各向异性参数ε、δ、γ变化,TTI型煤层相速度变化较为平缓,群速度变化较为剧烈,因此群速度决定着各向异性介质波场形状;在一定范围内,qP波的群、相速度随ε呈正相关变化;qSV波的群、相速度随δ呈负相关变化;qSH波的群、相速度只与各向异性参数γ有关,随γ呈正相关变化.     

光子晶体中缺陷的色散导致的群速度降低

利用传输矩阵方法计算了包含色散媒质缺陷的一维光子晶体的复透射系数，其中色散媒质用洛仑兹振子模型描述。计算了由复透射系数定义的等效复折射率并由此研究了频谱位于缺陷模频率附近的光脉冲的群速度。结果发现，由于缺陷模附近的透射谱敏感地依赖于缺陷层的光学厚度，而缺陷层的色散使缺陷层光学厚度随频率变化而改变，从而使包含缺陷的光子晶体的等效色散性质明显地依赖于缺陷的色散行为。由于光脉冲是由多种频率成分的单色场迭加构成的，透射脉冲由各单色场透射后重新迭加构成，因此波包的传播由介质的等效色散性质决定。与包含无色散缺陷的光子晶体相比，缺陷的色散可导致极慢的群速度。通过改变振子强度，群速度可从极慢光速转变为超光速(superluminal)。     

Quantum Decoherence of Neutrino Oscillation and Weak Measurement about Its Group Velocity

We theoretically explore the possibility of observing the quantum decoherence of neutrino oscillation due to the vacuum dispersion, that the wave-packet of neutrino spatially splits according to the different velocities of two mass eigenstates. We find that if this decoherence could be observed and the range of values of the mixing angle is known, then the superluminal neutrino phenomena could occur for some mixing angles as the consequence of a weak measurement about flavor mixing in the neutrino propagation. Our calculation gives the explicit dependence of group velocity shift to the decoherence factor and the weak value of neutrino's pre and post-selected states. We also study the related problems for the neutrino oscillation with three generations.     

与色散介质毗邻的一维半无限光子晶体表面态

运用Bloch定理和传输矩阵方法,研究了与色散介质毗邻的由两种材料组成的半无限一维光子晶体局域表面态的电场和色散关系.和以空气为背景的一维光子晶体相比,毗邻色散介质的光子晶体表面模色散曲线在一定堆积次序下会在较低的带隙中发生断开,较高带隙中的表面模群速度在不同堆积次序下会有很大差异.当与色散介质毗邻的物质折射率较大时,较高带隙中的表面模群速度较小;与色散介质毗邻的物质折射率较小时,较高带隙中表面模的群速度较大.     

Impossibility of negative group velocities in a periodic layer structure with or without loss

The limiting group velocities available with a one-dimensional periodic medium composed of 1/4 wavelength sections are studied. For all realistic combination of medium parameters, it is found that there are superior and inferior limits to the group velocity. We use numerical analysis to investigate the effect of the refractive index mismatch, the phase velocities and the attenuation coefficient on the limits of group velocity. We show that negative group velocities are not possible in a linear passive periodic medium, and discuss why a recent report of negative tunnelling times in a passive periodic system may be explained in terms of the relatively large experimental uncertainty in determining the tunnelling times.     

辐射驱动下主动式高精度冲击波速度精密诊断技术

激光加载可以产生比气泡加载更高的压力,是高压状态方程研究中一种新的加载方式。在激光加载高压状态方程(EOS)研究中,台阶靶是常用的靶型。针对传统台阶靶存在的预热膨胀问题,提出了使用主动式任意反射面速度干涉仪(VISAR)进行台阶靶预热和冲击波测量的方法。该技术利用条纹图移动量计算厚度增加量,利用冲击波到达自由面产生条纹跳变的时刻来获得精确的冲击波到达时刻。通过修正已测量台阶厚度与膨胀量,可以获得更加精确的台阶厚度值。通过精确的时间间隔可以得到冲击波传输的时间。在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性,可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。     

探究性学习在声速测量实验课中的运用

为了进一步提高大学物理实验课堂教学的质量,根据探究性学习的特点,构建声速测量实验课的实验教学过程,采用创建探究方向、拓展探究方向和加大探究自由度及激励机制,从而提高了大学物理实验课堂教学的自主性、实践性、开放性和激励性。     

在梯形四能级原子系统中的慢光和超光速传播

研究了梯形四能级冷原子系统的非线性光学行为,在一微波场耦合两上简并能级时双暗态共振将会出现。在合适的参数条件下,系统将表现出正常色散与反常色散之间的转变。改变耦合场和微波场的大小能够调控慢光和超光速间的转变。