光在吸收介质中传播的折射定律

光波在均匀非吸收介质中传播时振幅不衰减,在两种非吸收介质界面处产生折射现象,由几何光学中实数形式的光折射定律定量描述.而光波在均匀吸收介质中传播时,其振幅沿传播方向衰减,且其等振幅面与等相位面会发生分离.考虑吸收对光波传播特性的影响,本文回顾了复折射率的概念和复数形式的折射定律,据此对光波由吸收介质入射到吸收介质和光波由非吸收介质入射到吸收介质的两种情况进行了讨论,阐明了复数折射定律在具体问题讨论中的必要性和便利性,同时分析了实数形式和复数形式折射定律的关系.     

从惠更斯的遗憾说开去——类比法浅议

 在长达200多年的有关光的本质问题的争论中,17世纪末牛顿的微粒说和惠更斯的波动说之争是众所周知。惠更斯利用类比法,将光波类比为声波,提出了光也“像声音一样”,是以“波的形式来传播的”。为此,他建立了惠更斯原理,并用波动说的理论解释了光的反射、折射和双折射,在光的本质这一重大课题上取得了重要的进展。但是惠更斯的光的波动说并未战胜牛顿的微粒说而确立其地位,除了某些方面的原因外,一个重要的原因就是惠更斯在应用类比法时,没有意识到光波与声波之间的一个根本差异:偏振性。声波是纵波,无偏振性,而光波是横波,具有偏振性。     

关于介质中光子动量的探讨

分析对于光从真空进入介质动量如何变化的问题的几个典型观点及存在的错误,由光的波粒二象性和光子与电子相互作用的机制,认识光在介质中传播时光子与光波的关系,得到介质中光子的动量仍等于它在真空中的动量.     

一般多普勒效应的综合统一分析

在物理学教材中分别给出了声波和光波的多普勒效应公式，但两者表达式不同.一些文献分析了两者间的联系，但没有真正地将两者统一起来；另一些文献虽作了统一分析，但均在特殊洛伦兹变换下讨论问题，所得结果又不具有一般性.本文在不区分声波与光波的情况下，基于波动传播的共同本质，综合运用多种方法导出一般多普勒效应的表达式，系统地论证两者的统一性.通过分析得到了一般多普勒效应的3个等价表达式，而教材中声波与光波的多普勒效应公式乃是其不同情况下的特例.     

应用动量守恒定律解题时常见的错误

动量守恒定律是力学三大基本守恒定律之一,它不但适用于宏观物体间的作用过程,也适用于微观粒子间的相互作用过程,所以动量守恒定律在物理学中占有重要的地位.在处理力学问题,尤其是解一些综合性习题时经常应用的是质点组的动量守恒定律. 质点组动量守恒定律的内容是:在某段时间间隔内,若质点组所受外力矢量和始终为零,则在该段时间间隔内质点组的总动量守恒.其数学表示式可写为 当Fi外=0时,miVi=恒矢量 当质点组所受外力矢量和不为零,而外力矢量和沿某一方向的投影为零时,质点组总动量沿该方向的投影保持恒定.这一结论称为沿某一方向的质…     

一维超声光子晶体禁带结构分析

超声波在介质中传播时可以引起介质的折射率发生周期变化,当光波垂直于超声波的传播方向时,这种介质可以被用来作为光栅使用,称为超声光栅。当光波沿超声波的传播方向通过这种介质时,它还可以用作一维光子晶体,并称其为一维超声光子晶体(1D-USPC)。利用平面波法证明了一维超声光子晶体具有一般一维周期层叠结构光子晶体的禁带特征。同时这种光子禁带是可以通过超声波的波长和振幅来改变的,这就为控制光的行为方面提供另一种新的方法。     

透镜棱镜对光波面作用的研究

光在透镜中传播时光线发生偏折,即光波面形状发生改变,若透镜为均匀透明介质,两工作面为旋转二次曲面,则在透镜内的光波面也为旋转二次曲面,但与工作面形状不同,由具体的透镜工作面形状和折射率决定。光在棱镜中传播时也发生偏折,但由于工作面是平面,所以研究棱镜中的光传播时,入射光一般取平行光,在棱镜中光波面也是平面波。现就具体几种情况分别阐述如下。     

光的衍射的应用

光波也正如其他类型的波动(例如声波)一样,在其自由传播过程中,当受到某种形式的障碍物的阻挡或限制,都将产生与自由传播方向相偏离的传播現象。这种現象通常借呈现出的一套明暗相间的花样而被我們发觉到。这种現象通常被称作“衍射”。     

可用于拓宽光波单向传输带宽的光子晶体异质结构界面

基于光波单向传输的全光二极管在集成光通信、全光网络和光信息处理中有重要应用.基于方向带隙失配设计的光子晶体异质结构可实现光波单向传输,但正向透射率较低,带宽较窄.基于对光子晶体异质界面倾斜角度的研究,根据界面全反射条件,利用可集成材料硅和二氧化硅设计了一种空气孔型二维光子晶体异质结构.异质结构界面两侧的光子晶体对1550 nm波长附近的TE模光波在Γ-X方向均呈导带,避免了方向带隙失配.研究发现当异质界面满足全反射条件时,由于光子晶体的自准直效应,较宽波段的正向光波得以高效传播,而反向光波在界面由于全反射而被禁止传播.光子晶体异质结构界面的全反射效应打破了方向带隙对光波单向传输的限制,使得反向光波在光子晶体中为导带时同样可实现近零透射率,从而拓宽了光波单向传输的波长范围.基于全反射界面的光子晶体异质结构经过优化后,其正向透射率达0.64,透射对比度为0.97,单向传输带宽可达553 nm.     

周期镶嵌亥姆霍兹共鸣腔平板的声全背向反射

研究斜入射声波在周期镶嵌亥姆霍兹共鸣器的刚性界面上的反射行为.共鸣器间的空间周期间隔d和入射声波的波长入相当,且大于共振腔尺寸,因此可被视为具有集总参数的声学元件.理论分析和数值计算均表明,当入射波频率和方向既满足布拉格共振条件又同时满足亥姆霍兹共振条件时,在通常的反射方向上反射声波消失,反射波逆入射方向传播,引起与常规反射全然不同的全背向反射.     

高风速下海洋飞沫水滴对拖曳系数的影响

海面飞沫水滴改变着海气动量通量的分布, 从而在相当程度上影响着海面拖曳系数. 为了能够精确估计海面飞沫水滴对海面拖曳系数的影响, 推导出新的依赖于风速和海浪状态的海洋飞沫生成函数, 将该飞沫生成函数用在改进的飞沫动量通量计算公式中进行飞沫动量通量的计算, 发现本文提出的飞沫动量通量计算公式对海浪状态具有较强的敏感性, 能够清晰地表达海浪状态对飞沫动量通量的影响. 海面总动量通量包含飞沫动量通量和海气界面动量通量, 基于此理论, 得到高风速下受飞沫水滴影响的海面拖曳系数关系式, 从关系式的理论值可知, 在高风速下, 海面拖曳系数开始衰减, 说明高风速下海面飞沫水滴能够抑制拖曳系数值的增加. 将理论结果与实验室和外海测量值进行对比, 发现海面拖曳系数的理论值变化范围覆盖了测量值, 同时将该海面拖曳系数代入海浪模式进行台风浪模拟, 发现海浪模式能够较好地模拟出有效波高, 说明本文提出的新的海面拖曳系数公式能够合理地用在高风速条件下.     

声学与海洋

在各种辐射形式中,声波在海水中的传播为最佳,在混浊和含盐的海水中,无论光波或电磁波的衰减都远较声波的衰减为大。 海洋及其边界的详细特征对声传播的影响是非常复杂的,声速是温度、深度和盐度的函数,而温度又是深度、季节、地理位置(纬度)和气候条件的函数。海洋表面有时是非常     

基于声光布拉格衍射的波长测量系统

本文结合声光布拉格衍射,及动量匹配与衍射效率关系,探讨了声波波长与光波波长的定量关系,推导出光波波长测量相关公式,验证了基于声光布拉格衍射测量待测光波波长方案的可行性.并进行了实验方案的设计,实现了对不同光波的波长测量,自制出可用于实验教学的实验仪器.本波长测量方案具有实验操作步骤简单、实验装置造价低廉、受环境因素干扰较小等优势,同时可用于声光布拉格衍射的演示教学,直观的展示出布拉格衍射不同级数的衍射效率.     

会聚区的水平偏移特性及其临界频率分析

利用数值模型研究了完整深海声道中会聚区的水平偏移特性,根据折射定律和Lloyd镜效应推导了会聚区发生水平偏移时临界频率的表达式。研究结果表明:当声波频率低于临界频率时,会聚区的主导模态与频率相关,随着声波频率减小会聚区会向靠近声源的方向水平移动,同时传播损失明显增大,当声波频率大于临界频率时,会聚区的主导模态近似与频率无关,会聚区的位置和传播损失大小不会随频率改变而发生明显变化,声源深度不同时,临界频率也不同。通过临界频率可以确定在特定声源深度下,会聚区发生水平偏移时需要满足的频率条件,利用临界频率与声源深度之间的关系,可以被动估计深海浅层目标的深度。      

声波干涉实验及分析

声波干涉实验及分析牟毅伯（贵州省教学仪器公司）在高中和普通物理教学中，声波的干涉实验很重要，应视它为光波干涉实验的前导．目前，由于激光器的问世，光波干涉实验已俯拾可得，但效果好的定量的声波干涉实验对物理教学是很需要的．本文介绍一种声波干涉的定量实验，...     

洛匈棱镜的正反向特性

给出了洛匈棱镜正、反向使用时分束角的精确表达式。从理论上证明,对任意合理的结构角及主折射率值来说,洛匈棱镜反向使用时的分束角小于正向使用时的分束角。研究了在锥光入射条件下洛匈棱镜中的e光和o光的传播方向、折射率、主平面、偏振方向等问题。证明了洛匈棱镜正向使用时第二块晶体中无偏折的光波只含有o光,参考圆圆周上各点光波的主平面相互平行,通过一个检偏器后可以实现消光;洛匈棱镜反向使用时,第二块晶体无偏折的光波同时包含了o光和e光,参考圆圆周上各点光波的主平面沿参考圆的径向,e光和o光的偏振方向分别沿径向和垂直于径向,通过检偏器后形成锥光干涉现象,不能消光。     

利用平面声场对非均匀大气介质光波传输相位的调控

本文基于声光效应和Gladstone–Dale关系,推导了在平面声场扰动下,各向同性均匀大气介质和非均匀大气介质的折射率随声压变化关系式,建立了平面光波和拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian, LG)光束通过经平面声波扰动的均匀大气和非均匀大气介质的传输模型.结果表明,经平面声场扰动后,均匀大气介质折射率分布呈层均匀的周期性分布.对于大气压强纵向变化的大尺度角度,平面声场对非均匀大气折射率的分布情况影响不明显;而对于小尺度角度,非均匀大气折射率会随高度的增加逐渐减小,并且随声压的影响而产生波动.平面声波扰动均匀大气介质时,会使平面光波的等相位面因声波的影响产生明显波动; LG光束相位会发生旋转,且总会回到初始相位.平面声波扰动非均匀大气介质时,会使平面光波的相位变化会随着声波的变化规律产生周期性的变化,光程整体为倾斜的平面,但由于声波的扰动,光程会产生波动; LG光束的相位仍会发生旋转,但与均匀介质不同的是,由于其折射率随高度的变化,其相位不会回到初始相位.     

湍流雷诺协强及密度扰动对极向动量输运影响的实验研究

利用静电探针阵列对HL-2A边缘等离子体径向和极向速度进行了测量,获得了最后闭合磁面附近湍流的雷诺协强 以及 和 间相位差的剖面。实验表明,虽然 、 的幅值对雷诺协强的大小会有影响,但雷诺协强的变化趋势主要取决于二者相位差的变化;另一方面,欧姆放电以及不同电子回旋加热功率L模放电条件下的实验结果显示,密度扰动引起的粒子输运所带来的极向动量输运的贡献与雷诺协强项对极向动量输运的贡献是可比的。这表明在分析湍流引起的动量输运时必须考虑粒子输运的贡献。     

石墨烯中热脉冲传播的分子动力学研究

基于非平衡分子动力学方法,模拟研究了梯形、三角形和矩形热脉冲在石墨烯中的传播过程和规律。三种类型的温度脉冲采用直接速度修正法,通过调整对控温区原子施加的温度增量来实现。结果表明,热扰动在石墨烯中以有限的速度传播,并表现出明显的波动传递特征。热扰动在传播过程中激发出两道以不同速度传递的行波,一道波具有宏观动量,波速等于石墨烯声子群速度,为声波;另一道波是无宏观动量的热量的传播,波速是声速的1/3~(1/2),为热波。研究还发现,热脉冲形状对热波现象的产生以及声波、热波的传播速度没有影响,但对其峰值温度影响显著。     

HL-2A等离子体边缘极向剩余胁强的研究

首次报导了托卡马克等离子体边缘与湍流相关的极向剩余胁强剖面的测量结果。采用外中平面往复式静电探针阵列对HL-2A托卡马克边缘的极向湍流动量输运进行研究。在没有外部动量注入的欧姆放电下,剩余胁强为有限值、且其空间剖面在等离子体边缘具有明显的径向梯度,表明托卡马克等离子体边缘存在极向动量源。由动量源产生的动量主要以扩散形式向与剩余胁强相反的方向传播,最终的结果是等离子体边缘存在有限的雷诺胁强。在最后闭合磁面以内0.5~2cm区域,剩余胁强的梯度提供自发旋转的力矩,由该力矩引起的动量产生与由速度梯度引起的动量扩散共同导致了雷诺胁强出现负梯度,造成动量沉积,从而驱动极向平衡流。