基于实验发现一种新的光电介质

基于实验发现一种新的光电介质摘要：光纤陀螺仪基于萨格纳克效应，当光纤环路转动时，不同方向传播的两束光就会产生相位差。但是当陀螺仪静止时，施加径向和轴向的磁场陀螺仪也会产生相位差，且相位差都与磁场强度正比。目前，能够对陀螺仪产生的磁光效应只有法拉第旋光效应和科顿-穆顿效应。为了验证轴向磁场是否为上述两种磁光效应的作用，特对光纤陀螺仪进行改造，让光纤内的两束光同向传播，这时对光纤环加径向磁场和轴向磁场，也就是B-1和B-2两个实验。通过实验我们首先排除了科顿姆顿效应造成相位差的可能。然后在正常模式下进行了径向磁场A-1和轴向磁场A-2两个实验。经过理论计算A-1实验的法拉第旋光效应至少是A-2实验的367倍，但实验结果仅仅是1.56倍。所以这个异常的实验现象是一个重大发现，轴向磁场产生的相位差不是法拉第旋光效应造成的，现有理论无法给予异常的实验现象合理解释，这也意味着必然有一种未知的光电介质存在。1.实验基本原理如图1-1，螺线管与光纤环呈同心圆布置，这种光电介质会被螺线管内的运动的电流带动，根据速度叠加原理，这种介质的运动速度会与光纤环内的光速叠加，使与电流不同方向的光速产生速度差。通过调节电流大小，光电检测器就会输出不同的数值。输出值符合下面的公式：S为检测器输出值变化量，K为电流牵引系数，I为电流，L为光纤长度（光程），光程近似等于光纤长度。即输出值（移动条纹数）与螺线管内的电流大小及光纤长度成正比。图1-12.实验具体过程及分析实验采用LKF-FS070光纤陀螺仪改造，实验分为A和B两组，实验中所有实验装置均静止。图2-1图2-2图2-3A组为两束光异向（图2-1所示）时对光纤环加轴向（图1-1所示）和径向（图2-3所示）磁场A-1径向磁场实验结果螺线管接通-3至3A电流，输出值变化曲线(注：电流只取整数值，横坐标为时间，纵坐标为角速度和温度，其中温度曲线关闭，曲线仅代表角速度的变化）图A-1A-2轴向磁场实验结果螺线管接通-5至5A电流，输出值变化曲线图A-2B组为两束光同向（图2-2所示）时对光纤环加轴向和径向磁场B-1径向磁场实验结果螺线管接通1至5A电流，输出值变化曲线图B-1B-2轴向磁场实验结果螺线管接通1至5A电流，输出值变化曲线图B-22.1磁场可能会造成光纤非互易性的两个因素科顿-穆顿效应引起的非互易性。光纤内部理论上应该是各向同性，但制作时多少会造成形状不规则和缠绕时扭转变形使内部应力不一致造成偏振面偏转。两束光虽在同一根光纤内，但的路径并不一致，由于上述原因，会造成两束光在光纤内的偏振面方向并不一致，这时给光线加垂直磁场时不同偏振面的折射率会不一样。即βx≠βy法拉第旋光效应造成的非互易性。对于法拉第旋光效应导致的非互易性可能的原因：①给光线加平行磁场就会产生偏振面的旋转，偏转角度有公式θ=vBL。此性质只跟光纤的材质，光纤的长度有关，跟科顿-穆顿效应、光纤扭转、应力变化等因素没有关系。两束光异向时，一束为左旋一束为右旋，而光纤对于左旋右旋相位常数不同βl≠βr，所以光在异向时传播时速度不同，由此造成非互易性，这个也是目前的主流解释；②法拉第旋光效应会使异向的两束光偏振面不一致，导致干涉时光强会发生变化，进而影响光电检测器的输出值。2.2通过实验可以排除科顿-穆顿效应造成非互易的可能B组实验中，两束光同向，法拉第旋光效应造成两束光旋光方向相同，所以对实验结果是零影响。而B组实验均为是零结果，所以科顿-穆顿效应也被排除。无论光的方向相同还是不同，两束光的具体反射路径在光纤中不相同且是随机的。每束光的偏振面的变化也都是随机的，概率是相等的。科顿-穆顿效应只跟垂直于磁场方向光的偏振方向相关，跟光在光纤中的传播方向无关，所以A、B两组实验中科顿穆-顿效应是等价的，既然B组实验科顿-穆顿效应被排除，故A组实验也可以排除科顿-穆顿效应的影响。2.3法拉第旋光效应并不能同时造成A-1、A-2的实验结果因为科顿-穆顿效应被排除，所以在目前已知的因素中，仅法拉第旋光效应不会同时造成实验A-1和A-2产生的现象。实验A-1中，电流对实验值的影响为4.67/A，实验A-2中电流对实验值的影响为3/A，可以看出电流对实验值的影响都是一个数量级。角速度正比于相位，所以用角速度分析并不影响实验结论。如图2-3，光纤环路采用的光纤总长280米，分n层缠绕，每层为100匝，假设实验A-1中产生法拉第旋光作用的光纤仅为螺线管处的投影（实际上螺线管之外也会产生，只是较弱），那么实验A-1中产生拉第旋光作用的光纤长度为nx2x100x2.2=440n。而实验A-2中，每层光纤平行磁场的一个分量（仅算投影部分）为1.2cm，所以产生拉第旋光作用的光纤长度为1.2n。法拉第旋光效应只跟磁场强度、介质材质和平行磁场方向的光纤长度相关，跟其他因素无关，径向和轴向每层光纤在螺线管的位置几乎是对等的，所以相同的磁场环境，实验A-1法拉第旋光效应造成的非互易性至少是实验A-2的367倍，因此法拉第旋光效应对实验A-2的影响微乎其微，基本可以忽略不计。但电流变化对A-2实验值影响和A-1实验为同一数量级，这样的实验结果这显然不是法拉第旋光效应造成的，必然存在其他因素。2.4新的光电介质存在才能为实验提供合理解释通过以上实验结果及实验分析，科顿-穆顿效应和法拉第旋光效应都不能造成实验A-2的现象，而稳恒电流磁场静止，也不存