光学教程07.ppt

1、第七章光的量子性，光速的测定(实验室方法)激光速度法，长度单位“米”的定义光的相速度和群速度，光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光的偏振现象说明光为横波。 麦克斯韦电磁场理论进一步揭示了光的电磁本质，光以有限速度传播。 一、旋转棱镜法、第七章光的传播速度、图7-1、测量第一节光速的实验室方法、美国物理学家迈克尔逊选择两个峰，测量两个峰之间的距离，如图7-1所示，在第一峰上设置一个强光源s和一个正八面棱镜a、光源s发出的光在凹面镜b在最初的山峰反射，如果八角镜不动，则反射的光入射到八角镜的另一面3，在面3反射之后，通过望远镜c进入观察者的眼睛，能够看到光源s的像。 当旋转八面镜时，由凹面镜b反

2、射的光偏离原来的方向，由面3反射的光无法进入望远镜，观察者无法观察光源s的像，观察者能够再次看到s像。 迈克尔逊能够修正真空中光的速度c=(299 7964 ) km/s，原理是同时测量激光的波长和频率(因为1970年美国国家标准局和美国国家物理实验室首先大幅提高了激光的频率和波长的测量精度) 二、根据激光速度法、麦克斯韦光的电磁理论，现代真空中光速的最可靠值，由于天文学家以光年为长度单位，因此最好是一定的光速值。 因此，国际修正量局长咨询委员会确认，无论长度和时间单位的定义将来是否会变化，光速的值都不会变化。 1983年，在巴黎的第十七届国际订量大会上，“1米是光在真空中以1/299 792

3、 458s的时间间隔路径的长度。 三、长度单位米的定义，将真空光速值规定为一定的常数，其不确定度为零，作为物理学已经能够测量的量，300年以上正确测量光速的历史结束了。 第二节测量光的相速度和群速度，一、问题的提出折射率的两种方法？ (1)、(2)，有些物质用两种方法结果相同，但有些物质不同。 例：二硫化碳n1=1.64、n2=1.75。 瑞利提出，光有相速和群速两种速度。 二、相位速度、波的表现式、相位不变的条件是微分增益：相位速度、上式所示的相位速度是严格的单色波特有的速度，有单一的确定值。 三、群速度、非理想单色波时，合振幅为一定值的推进速度。 振幅是一定值，即波群向前方传播的速度。 瑞

4、利式只能在有分散的介质中区分群速和相速，在真空中两者没有差别。 研究：真空中、介质中：有分散。 没有分散的第三节超光速？ 中国旅美科学家生力军和他的同事最近利用铯原子气体的异常分散现象，在实验中成功地使激光脉冲群的速度成为真空光速的一倍。 这种现象表明光波群能以“超光速”传播，但与爱因斯坦狭义相对论的基本原则并不矛盾。 王力军的成果在日本出版的英国自然杂志上发表后，引起世界科学界的关注，很多国家的媒体纷纷报道。在美国日本电气公司普林斯顿研究所工作的生力军博士，接受了本公司记者的电话采访，首先批判了报道这个成果时媒体下的“相对论受到挑战”“时间超过”等轻率的结论。 他认为类似的说法完全是“道顺说

5、”和“撒谎”。 生力军认为，他们的新结果并没有违反狭义相对论的“物体的运动速度不得大于真空光速”的基本原则。 另外，没有违反因果律。 也就是说，事件的原因必须发生在其结果之前。 在叠加单一频率波的传播速度称为相速度的不同频率的波来形成合成波(数据包)的情况下，将数据包的峰值传播速度称为组速度。 真空中的相速度和群速度相等，但在能高度吸收和散射的介质上，两者通常不同。 使用折射率随光波的频率而急剧变化的介质产生异常色散现象，理论上可以使合成波的群速度超过真空光速。 生力军等人在研究中采用了新的方法，使持续时间为微秒的激光脉冲通过长厘米的铯原子气室。 强烈的异常色散就好像脉冲峰值在进入气室之前以纳

6、秒离开了气室一样，这种激光脉冲在铯原子气体中的群速度达到了光速的倍左右。 王力军介绍说，所观察到的激光脉冲的峰值速度超过光速，这并不意味着实现了信号的超光速传播。 光波具有长度，只有波头的传播速度可以认为是信号的传播速度，而作为波头的传播速度的组速度不能用于信号的传播速度的校正。 群速度可能超过光速，但波头的速度始终不超过光速，因此与狭义的相对论一致，微秒的激光脉冲稍微消失，但其长度实际上是虚拟的，这个长的“光龙”的主要信息在“水龙头”部分，所以“水龙头”进入铯原子气室后这就像刮风的时候，不是马上刮风，而是先吹来微风，然后是强风。 真正的信息传递是在微风吹过时完成的。 大家都知道感觉到微风会刮大风，但是微风的传播速度不会超过光速。 微风知道刮风，对风做一些干预加快强风，从观测者来看强风的速度就会加快。 群速超过光速的现象在理论上早有预言，并声称是科学家观察到的。 但是，在以往的这样的试验中，由于脉冲和吸收，能量大幅损失，波形严重歪曲，难以使试验结果接受。 生力军等不仅首次提供了光波群速度可能大于真空光速的可靠实验证据，而且在实验中，他们还发现了利用他们的新方法使光波群“超光速”