光前驱波

文章回顾了近一百年来光前驱波的研究历史及最新的进展.自爱因斯坦的狭义相对论发表以来,真空中的光速不变原理已经被广泛地接受.然而对光在介质中的传播速度,由于复杂的色散关系,却一直存在不同的解读,尤其是对光载信息传播速度以及单个光子的运动.光前驱波的研究旨在回答这个问题.作者和其研究团队在最近的研究中找到了前驱波在光学波段的清晰的证据,并首次发现了单光子波包里的光前驱波.研究结果表明,光载信息传播速度不可能超光速,单光子的运动满足真空光速极限原理,即便是在所谓的“超光速”(群速度超光速)介质中.     

椭圆偏振波的旋转方向与相移的关系

设有二振动方向相垂直、频率相同、相差一定的线偏振波,分别表为 不失一般性,令传播方向上的坐标z=0,在此波振面上有 它们的合成波为(4) 一般为如下图所示的椭圆偏振波.为求此偏振波的旋转方向.作如下考虑(结论均是对迎着传播方向而言)。 在(1),(2)中令ωt=τ,(1) i(2)得合成椭圆偏振波振动矢对应的复数表式 T的幅角为显然偏振波的 T的幅角为显然偏振波的旋转方向与　　的变化率有关,为此求出 则(3)式可写成,可见旋转方向与二线偏振波的相移　　有关,讨论如下: 若　,椭圆偏振波右旋(逆时针方向). 椭圆偏振波左旅(顺时针方向). 椭圆偏振波变…     

匀速运动粒子的相波和相位一致原理

对德布罗意建立匀速运动粒子相波理论的思路作了介绍和阐述.给出建立匀速粒子相波理论的另一途径——以匀速运动粒子的相波表示式为基础,对相位不变性作论证,然后根据相位不变性、德布罗意能量-频率关系式和狭义相对论,推出静止粒子相波的角波数等于零,并进而推出德布罗意动量-波长关系式、相速度公式,以及群速度和粒子速度相等的结论.最后介绍了德布罗意的相位一致原理及其应用,并且澄清了关于德布罗意的一些讹传解.     

在CT-6B托卡马克上用氰化氢激光测量电子密度

用远红外激光测量等离子体电子密度的原理,曾有过报道.当一束远红外激光通过等离子体时,因为等离子体的折射率n<1,即在等离子体中电磁波传播的相速度大于光速c,所以远红外激光通过等离子体之后,其相位比通过同样的真空路程有一个移动.设这个相位移动为△Φ,则有式中c为光速,e为电子电荷,me为电子质量,。为远红外激光频率,L为光束通过等离子体的距离,刀杠)为。处的电子密度.*)式要 Iffxel。\tx-、,- v x～M(DNtn,Hopton“I——I,eq\InwhJ[]U*、————一口】7广下I 一pL J””“”“——“”一 \m,,本征频率. 对于氰化氢(HCN)激光,波…     

关于色散介质中的光速问题

近年来关于所谓的"超光速"现象的实验与理论引起了广泛的关注,得到了很多不同的讨论[1,2].这源于在特殊的介质里,一个光脉冲的各个单色模式虽有小于真空中光速c的相速度,其群速度却可以大于c,甚至变为负值.这使人们设想是否可利用此现象进行"超光速"的信息传送?但这样一来是否违背了爱因斯坦的相对论?     

非磁化冷等离子体柱中的模式辐射特性分析

利用亥姆霍兹方程和场匹配法,推导出了被圆柱介质管包裹的均匀非磁化冷等离子体柱中各角向模的色散关系.数值计算并分析了角向对称模(m=0模)、非角向对称模(m≠0模)的色散特性以及在不同波频率下各模式的辐射特性.研究发现,在波频率ω小于等离子体频率ω_(pe)条件下,当ω一定时,各模式的传播速度随着ω_(ep)的增大逐渐接近光速;m=1角向模式属于端向辐射,其主瓣辐射方向在轴向,而且随着ω的增大,其主瓣宽度逐渐变小,且出现幅值极小的副瓣;对于m≠1模式,其主瓣辐射方向均与轴向存在一定夹角,既不属于端向辐射也不属于法向辐射,且随着ω的增大,其主瓣宽度逐渐变小;各个模式的传播功率随着ω的增大逐渐增大.     

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。     

8mm微波在等离子体离子声湍流上的散射测量

湍流是等离子体物理的前沿课题之一.离子声湍流是该课题常见的研究对象.作者用8mm微波在小型稳态放电装置上对电流激励离子声湍流的色散关系及饱和湍流能量波数谱进行了散射测量.该类实验目前国内未见报道. 一、散射角分辨率对测量的影响 设向等离子体传播的入射微波的波矢和频率分别为Ki和ωi,从等离子体散射的微波的波矢和频率分别为 Ks和ωs,等离子体密度涨落的波矢和频率分别为K和ω,散射区间沿K1方向的长度为L,电子密度涨落为Ne,电子经典半径为r0,散射角(Ki与Ks的夹角)为θs,K的单位矢量为EK,入射波与散射波功率分别为Pi、和Ps,…     

强耦合超导能隙与临界温度的比值

本文采用McMillan的实能隙函数模型求解Eliashberg能隙积分方程在T-Tc《Tc和T《Tc时的解,得到了决定强耦合超导能隙△_0(T)与临界温度Tc比值的表示式式中,0K能隙△_0(0)与Tc比值,对BCS理论的修正参数A、(?)的表示式由下式给出而系数K_1,K_2只依赖于有效声子谱α~2(ω_q)F(ω_q)的形式.     

相对论的群速度变换公式之推导

群速度是物理学中一个重要概念.在量子力学中,当讨论自由粒子的局域波包时,群速度就等于该波包所描写的粒子的速度.在电动力学中,电磁能正是以群速度传播的. 我们从四维波矢　的为变换公式来推导群速度的变换公式: 在色散关系w=w(k)已知的情况下,群速度由下式给出: 设介质在固定于实验室的惯性系S中有色散关系w=w(k),而在另一惯性系S中色散关系为w=w(k).S系相对于S系以匀速υ沿x-x轴正向运动. k的变换公式:利用(1)和(5)式,我们有:将(8)式代入(6)式,解得:vgx:又利用(3)和(7).我们得:将它们代入(10)式,解得vgy:同理可得: 显然(9),(11)和(12)…     

倒Y型四能级量子系统中亚光速和超光速传播现象的转换研究

研究了探测场、耦合场和驱动场三场作用下倒Y型四能级量子系统的光学特性,利用数值模拟的方法探讨了外加相干驱动场的拉比频率和失谐量变化时系统对探测光场吸收特性的影响. 通过绘制三维立体图,发现了探测光场的群速度在电磁诱导透明窗口处的变化规律,并且选择合适的驱动场拉比频率和失谐量,可以在理论上实现亚光速和真空光速以及超光速传播之间的转换. 关键词： 倒Y型四能级 群速度 超光速传播 亚光速传播     

电磁波的群速与能量传播速度

众所周知,在某些场合波的相速可能超过真空中光速C.典型的例子有波导管。其中电磁波的色散关系为式中为截止频率。由式(1)可得按相对论,任何物体或信号的速度不能超过C,否则将导致因果律的破坏.每当教学中遇到的场合,往往要作如下解说:相速不代表信号速度,群速才是波能或信号的传播速度.按式(1)有从而不与因果律冲突。 在色散介质中光的群速与相速之间有如下关系式中 为折射率。在介质的正常色散区;在反常色散区,且数值往往很大,这时不仅它还可能大于。群速超过真空中光速C!这又当如何解释?原来群速的概念只适用于吸收很少的透明波段,此时…     

光子静质量及检测方法

 一、检测光子静质量的意义首先,这对狭义相对论是一个很好的检验。我们知道,比起“惯性系地位等价”来说,“光速不变原理”在狭义相对论的理论基础中显得有些突兀,好像是爱因斯坦(Einstein)为使麦克斯韦(Maxwell)方程满足洛仑兹(Lorentz)协变而直接塞入的。不过非常凑巧的是,麦克斯韦电磁场方程刚好能够预言所有的电磁辐射在真空中都以相同的速度c传播,且与其频率无关。     

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   

相对论性粒子穿越势垒的渡越时间

粒子穿过势垒所需多少时间?这个问题一直以来倍受关注.人们提出了几种隧穿时间的定义,对这个问题进行了大量的理论和实验研究,但仍存在争议和分歧.近年来,Büttiker等人为寻找符合因果律的速度概念,分别研究了在非相对论和相对论色散介质中消逝波的传播问题.最近,李春芳等人从能流的角度定义了一个新的隧穿时间.这个隧穿时间无论在非相对论量子力学中还是在相应的光学类比中都不存在超光速问题.在本文中,我们把这个隧穿时间从非相对论量子力学推广到相对论量子力学.由于存在Klein隧穿,粒子可以以行波的方式穿过高势垒.所以,我们分别在消逝波和行波两不同情况下,利用Dirac方程计算了这个隧穿时间以及不同的极限,证明它同样不具有超光速性.通过比较不同极限下的群时延和居留时间,证明了在特定的条件下它们是具有超光速性的.     

北极冰-水耦合系统中声波传播特性

利用固体和流体介质中波传播理论,导出了冰-水两层复合结构中导波频散方程.进一步,利用二分法对频散方程进行了数值求解,得到了 w-k频散曲线(w与k分别为圆频率和波数),以及相速度和群速度频散曲线.结果表明:冰-水两层复合结构中导波由具有相同厚度水层和冰层中导波耦合而成,但与水层和冰层中导波频散曲线相比,复合结构中导波频...     

激冲次声信号简正波的分离

由于大气层的不均匀性,次声波分解成不同的简正方式来传播,它们有各自的相速度和群速度。当由一个声学阵接收次声波时,不同的简正波在声阵上产生不相同的时间延迟。本文根据各个简正波的主要能量分布在不同的频率区间,从理论上导出计算简正波相速度的平均数值和平均方位的方法,利用速度滤波估算出各个简正波的频谱,通过Weiner-Hopf滤波,从一个声阵接收到的数据中,估算出空间任何一点某个简正波的波形。最后给出了计算机模拟计算,其结果与理论上设定的十分接近。     

从引力场方程的建立到引力波的直接探测

1引力场方程的建立1905年,爱因斯坦在对时间概念经过长久思考后,提出了两个基本公设:(1)相对性原理(伽利略的相对性原理的推广):物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式.(2)光速不变原理:在所有的惯性系中,光在真空中的速度c是恒定的,它不依赖于发光物体的运动速度.在此基础上,建立了狭义相对论.1905年后,爱因斯坦企图把引力现象归纳在狭义相对论的范畴之     

无反转放大效应(AWI)对光速减慢与负群速传播的影响

由于光子作为信息的载体有着天然的优越性,例如,传播速度快,信息量大等.所以各国科学家都在不断地寻找各种方法去操控光子.其中电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency, EIT),电磁感应吸收(Electromagnetically Induced absorption, EIA)和无反转放大效应(Amplification Without Inversion, AWI)作为控制光子的手段一直受到人们的关注.电磁感应透明现象(EIT)可以实现共振光无吸收传播的同时伴随有大的群速度色散效应.我们实现了无缓冲气体的铯泡(Cs)中的光脉冲群速度的减慢,通过在EIT的原子系统上加入非相干泵浦来产生AWI效应,我们发现光脉冲在其中的传播速度随着泵浦光强的增加而明显减小,延迟时间增加一倍,光脉冲的群速度相当于c/40000.此外,我们还利用电磁感应吸收现象(EIA)产生的大的负群速度色散效应,我们观察到了在无缓冲气体的铯泡(Cs)中,光脉冲的负群速度传播的现象.通过EIA原子系统中非相干泵浦光的加入,AWI 效应使得超光速现象变得更加明显,光脉冲的负群速度变得更大.最大的光脉冲超前时间可以达到0.9 μs,相当于光脉冲的群速度为-c/40000.     

光学总论 其他

O432007043016超光速群速度与信息传输的有效速度=Superluminalgroup velocity and effective velocity of information transfer[刊,中]/郭奇志(上海大学物理系.上海(200444)),谭维翰//光学学报.?2007,27(2).?344-349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