光子的质量与真空中光速的色散

若光子是有质量的重光子,它的频率有一确定的最小值,光速则有一个确定的下限,仅低于极限速度 约10 % .与介质中光速的色散不同,由光子质量引起的色散几乎全部集中发生在最小频率附近狭窄的频率范围内,高于长波无线电频率的电磁波的速度都是饱和的,即等于极限速度 .因此,光速等于常数 的测量结果以及康普顿散射实验,都不表明光子的质量必然为零.静电场的传播速度应该等于光速的下限,后者则是光速色散的标志,所以,测量静电场的传播速度等同于观察光速的色散,从而有助于判断光子是否有质量     

光子的质量与光速的下限

假设光子质量不为零,最直接的物理效应是真空中的光速不再是不变的,随频率的增大,光速的上限等于常数c.理论上,这一假设面对的一个困难是,它不能令人信服地回答,随着频率的减小,光速应该怎样变化.应用量子电动力学中已有的理论成果,该文指出,即使光子的质量不为零,随着频率的减小,光速也不会无限地变小并趋近于零,而是有一个仅仅略低于常数c的、确定的下限值((=)0.89 c).进而推论,光速的下限((=)0.89 c) 就是静电场的传播速度.     

光脉冲在含色散缺陷一维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在一维光子晶体中的动力演化.若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速.最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果.     

光脉冲在含色散缺陷-维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在-维光子晶体中的动力演化．若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速．最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果．     

论1987年超新星爆发后续现象的不同解释

1987年2月23日发生了超新星爆发,在1987A超新星的第一批光子抵达前7.7h,意大利布朗峰下的探测器检测到第1批中微子到达,包含5个事件。而在第1批光子抵达前3h,第2批中微子抵达,日本神岗Ⅱ的探测器收到11个,美国Ohio州的IMB探测器收到8个,前苏联Baksan的探测器收到5个。这怎么会发生,一直没有得到合理的解释。本文认为有3种可能:1光子速度为光速c,中微子速度是超光速;2中微子速度为c,光子速度为亚光速;3中微子速度为超光速,光子速度为亚光速。从最近的研究来分析,可能发生了情况3。本文先论述引力势造成的光速值修正,包含两个理论——Einstein的(1911年)和Franson的(2014年)。这些理论都预期引力势使光速减小,从而使光速c成为不恒定的常数;而这就损害了狭义相对论的基础。Franson考虑了量子力学的Hamilton量中引入有质量粒子的引力势能所带来的影响,并依靠了Schr?dinger方程这样的非相对论性理论;所得结果基本上与超新星SN1987A的观测相符。回顾2011年9月22日公布的在意大利进行的中微子超光速实验,即使它的结果错了,也不能完全抹杀OPERA实验的意义。其时中微子速度由飞行距离与飞行时间之比确定,这是Newton力学的方式。OPERA研究人员对CERN与探测器间约730km距离的测量精度达20cm,而相应时差的测量精度达10ns。因此,确定中微子速度的最佳方法仍应像OPERA实验那样去测量距离和时间。别的研究方法,例如以“虚数静止质量”概念为基础的方法,由于物理意义不明又不能直接测量,在科学上没有多少价值。     

光波在一维光子晶体中传播行为的数值研究

由Kronig-Penney模型导出了光波在一雏光子晶体中传播的群速度的解析表达式，利用传输矩阵法对一维光子晶体的色散关系和群速度分布特征进行了数值研究．结果表明，光波在光子晶体中传播的群速度与光子带隙结构及色散特性有着密切的联系，光子导带内的群速度为有限值，在光子禁带的边缘，群速度迅速减小而趋于0，光的传播具有显著的带边延迟效应．同时，在反常色散区，群速度为负值，光的传播表现出明显的超光速现象．光子晶体的结构参数直接影响光波在光子晶体中的群速度．     

材料色散对一维光子晶体带隙的影响研究

运用传输矩阵方法研究了材料色散对传统周期结构一维光子晶体光子带隙的影响.计算结果表明,考虑色散后,光子带隙既可能变窄也可能增宽,既可能发生红移也可能发生蓝移.光子带隙的改变与色散材料的色散强度、谐振频率及2介质材料折射率差的改变相关.色散强度越大对光子带隙的影响也越大.一般来说,若考虑色散后两介质材料的折射率差增大,则...     

基于光子技术的实时频率测量方法

研究了一种基于光子技术的实时频率测量方法,该方法利用两个级联强度调制器构成光子混频结构.通过理论分析与模拟仿真,设计了光通道与射频通道延时差,以优化测量带宽,同时保证测量精度.由于测量系统对微波信号实现混频后,输出的直流光功率与频率存在对应关系,利用光功率计对直流光功率进行监测,便可实现实时频率测量.该系统未采用光电探测器,极大地降低了系统成本.实验结果表明,在1~6GHz频率下,测量误差低于±0.12GHz.     

光子的量子波动方程

给出外场中粒子的Lagrange函数及其Hamilton量的相对论表达式.令静止质量m0=0,进一步给出光子的Hamilton量及光子在介质中的势能.在此基础上,给出自由和非自由光子的量子波动方程.用该方程可研究光在光子晶体中的量子色散关系及量子透射等特性.     

控制光子的“半导体”——光子晶体

光子晶体是一种新型功能材料,其最基本的特征是具有光子频率带隙,频率落在带隙内的电磁波被禁止在光子晶体中传播。本文简述了光子晶体的基本性质和理论研究方法,介绍了光子晶体的制备,并对光子晶体的应用前景给予了简短的评述。     

光速:不变,又变

提出了“波运动假说” ;运用“波运动守恒律”证明了物体质量对速度的依赖关系m =m0 / [1- (v2 /c2 ) ]1/2 ,并根据这个关系证明了任两个有静止质量的物体之间的相对速度必须小于作为常量的绝对速限c ;推论光子的静止质量并不为 0而为无穷小 ,光子的速度并不绝对等于c而是无限逼进c ,不同光子的速度并不完全相等 ;指出光子频率的红移或蓝移正是以另一种量纲 (超量纲 )的形式表现出的光子的速度的变化 ;认为相对论实质上是引入了波运动效应的牛顿力学     

群速度机理的研究

把能量速度的概念推广到包括静电磁场在内的一般情况，在此基础上对相速和群速之间的关系及群速度的传播机理进行了探讨。     

Slow light in tapered slot photonic crystal waveguide

A slotted single-mode photonic crystal waveguide with a linear tapered slot is presented to realize slow light, whose dispersion curve is shifted by changing the slot width. When the slot width is reduced, the band curve shifts in the tapered structure, and the group velocity of light approach zero at the cut-off frequency. Therefore, different frequency components of the guided light are slowed down even localized along the propagation direction inside a tapered slot photonic crystal waveguide. Furthermore, this structure can confine slow light-wave in a narrow slot waveguide, which may effectively enhance the interaction between slow light and the low-index wave-guiding materials filled in the slot. In addition, this tapered slot structure can be used to compensate group velocity dispersion of slow light by modifying the structure, thus opening the opportunity for ultra-wide bandwidth slow light.     

检验空间各向同性的新方法

Mansouri-Sexl和Robertson的检验理论以及经典以太论,都是由光速c各向异性的光程差推导出待测的相位差,推倒中又都用了光波的波长λ和频率ν均不随方向变化的前提条件,从而与c=λν相矛盾。用接收器相对优越坐标系绝对速度的Doppler效应的观点替代光程差的观点,可使检验理论自洽,并预期可观测效应为各方向反射回来的光波呈现频率的各向异性。在此基础上,提出了一种检验空间各向同性的新方法——抗共模干扰激光拍频法。用它检验光速各向同性的精度△c/c优于1×10^-18,它比传统的Michelson-Morley干涉仪法和目前的基于稳频技术的激光拍频法精度高于1000倍以上。     

原子光学的最新发展——光的群速度在铯原子气体中可达到真空中光速的310倍

主要介绍光脉冲传输研究方面的最新发展动态，WangLJ等人     

双重孔隙介质波传播理论与地震响应实验分析

为调查非均匀流-固双相介质中的弹性波传播规律,本文推导了双重孔隙介质中的波传播方程,从双孔模型的设计、波动方程的推导、速度频散与衰减规律的分析、岩石物理实验的验证四个方面讨论了双孔波动理论的数学物理基础与实际意义.速度频散与衰减分析显示,双孔波动理论能兼容前人理论的所有特点.在岩石实验的验证中,本文与前人理论的对比显示,双孔波动理论能较好解释岩石内部地震波在中低频带的速度频散现象.     

多光子近场共焦光学扫描显微镜表面非传播光场的特性研究

对多光子近场共焦光学扫描显微镜非传播光场的特性进行了系统的理论分析。导出了多光子近场共焦光学扫描显微镜表面非传播光场的频率宽与相差的测不准关系表达式及二维的点扩散函数光学传递函数和能量分布表达式。研究结果表明：多光子近场共焦光学扫描显微镜比单光子共焦显微镜具有更高的横向分辨率和纵向分辨率。而多光子近场共焦光学扫描显微镜比双光子共焦显微镜具有更高的空间分辨率。样品置于其表面的非传播光场内,能得最佳的超分辨效果。     

基于多模电磁场分析的微带线传输损耗理论研究

提出了一种新的更为精确的计算微带线中电磁波传输损耗的方法。将微带传输线的基片-空气和基片-导体边界的切向场与表面阻抗相匹配,推导得到了一组超越方程。通过求解方程的根,并将其代入色散关系,便可得到传播常数。本文所计算的传输损耗较准静态方法所得到的结果更精确,因为它考虑了混合模的叠加。此外,所计算的相速度公式证明微带线中电磁传播具有色散效应,而准静态方法不具有这一结论。     

引力理论和引力速度测量

引力是最早被认识的物理相互作用,它由Newton经典理论和Einstein的广义相对论描述。相对论包括狭义的( SR)和广义的( GR),其中空间和时间是一体化的,而GR也被称为几何动力学。在Newton理论中引力速度是无限大,而在Einstein理论中引力速度是光速。 GR认为引力与电磁力不同,是弯曲时空的纯几何效应。 GR还预言存在引力波,但即使经历了近百年的实验和寻找,它仍然只是物理学家头脑中的想象。本文认为空间、时间是物理学中的独立概念,所谓空时(或时空)在自然界并不存在,没有实在性。所谓空时(或时空)无法测量,故无科学意义。所谓“时间弯曲”更是无意义的不通的表述。在引力理论中,Newton平方反比定律( ISL)非常重要,而且极为精确。 Newton理论中引力首先是力,抓住了事物的本质。很久以前许多著名科学家就知道引力传播速度比光速大很多( vG ?c ),他们是I. Newton,P. Laplace, R. L?mmel,M. Born,A. Eddington,T. Flandern等;他们普遍认为引力如以有限速度(光速c )传播,绕日运动的行星由于扭矩作用将不稳定。1805年Laplace根据月球运动分析认为引力速度vG ≥7×106 c。人们考虑了不同的引力理论模型,例如把引力当作平坦时空中的力作用,从而研究得出引力速度大于2×1010 c———Flandern根据双星轨道计算得出此值。上述多个结果均与所谓引力波无关。电磁学中也有类似现象,当计算电荷产生的静电场,或天线近区的静态场,结合实验竟发现Coulomb场传播速度可为超光速, vs =(1.01~10) c。由于Coulomb场也是ISL,其结果与引力传播相似。虫洞和曲相推进完全是GR理论的产物,建基于时空一体化和弯曲时空的理念。虽然人人都知道SR断言“不可能有超光速运动”,但GR在实际上却否定了这一说法,表明相对论内部有不自洽性。但这些研究都断言需要有能量为负的奇异物质,证明加强对负能量研究是重要的。本文最后把引力传播、静态Coulomb场传播、量子纠缠态( QES)传播三者作比较,它们都存在超光速现象。虽然我们无法指出造成这些现象的原因,但却能找出现象的规律,并为自然界的奇妙感到惊奇。