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[交流]
【求助】更新：兩束電磁波疊加成一束電磁波時(shí)能量問題？（20金幣）
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兩束一摸一樣的激光脈沖，（頻率相同，相位差為0）同時(shí)發(fā)射，合并成一束激光，其場(chǎng)振幅E增加2倍，強(qiáng)度I增加四倍，焦班應(yīng)該和單個(gè)脈沖焦班相同，脈寬和單個(gè)激光脈沖應(yīng)該相同，最后計(jì)算得到的能量是兩束單個(gè)激光脈沖的能量之和的2倍。顯然不符合能量守恒。 那么問題出在哪？請(qǐng)賜教。謝謝。 P.S.：1.兩束都是圓偏振激光，可以用Mach-zender干涉儀將一束強(qiáng)度為2I的激光分為兩束強(qiáng)度為I的激光，這是完全可以做到的，關(guān)鍵是這兩束激光通過光學(xué)無相差疊加時(shí)，導(dǎo)致合成后的激光強(qiáng)度成為4I。不符合能量守恒，那么多余的能量哪里來的？通過查看教科書和文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)這是個(gè)老問題，很多學(xué)術(shù)文章在討論疊加和能量守恒到底是不是一致的問題。 2.如果相差半個(gè)周期，那么在光學(xué)疊加的時(shí)候，由于相消干涉，導(dǎo)致沒光，光子不可能湮滅。那么能量哪里去了。在研究機(jī)械波的時(shí)候，疊加形成駐波，這樣，能量解釋為儲(chǔ)存在勢(shì)能上，不能傳播。那么對(duì)于電磁波形成的駐波怎么解釋？難道是電磁勢(shì)能？ 3. 疊加前的振幅對(duì)應(yīng)的光子數(shù)目和合成后振幅對(duì)應(yīng)的光子數(shù)目的相差一倍。問題的實(shí)質(zhì)是光的量子性（總光子數(shù)不變，能量守恒）用波動(dòng)性（疊加原理）解釋�；蛘咴趺唇忉尣拍芟嗳�。波動(dòng)性認(rèn)為相同頻率的激光疊加后頻率不變。  4.見上圖， 這種解釋是"我的題設(shè)在試驗(yàn)中不存在"，因?yàn)橛邢喔傻窒嬖�，這樣總的激光能量守恒，貌似沒有問題。問題是---為什么相消疊加時(shí)能量為0了，見圖中D2。光子數(shù)目又不變跑，為什么能量為0？能量哪去了？ 5.有人說這種情況不存在，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)做不到。好，普通的干涉總存在吧。我從激光器連 續(xù)發(fā)射2束激光脈沖，讓他們部分相長(zhǎng)疊加，也就是說脈沖延遲小于脈寬，那么重疊部 分會(huì)相干疊加，這是可以做到的，請(qǐng)問此時(shí)能量守恒不守恒？！ 6.有人說不能只取增強(qiáng)的部分看，應(yīng)該在一個(gè)激光周期內(nèi)平均。我通過粒子模擬（PIC 程序，做等離子體物理的曉得，基于麥克斯韋方程組），發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度為I的兩束激光相干 疊加后的激光和一束強(qiáng)度為4I的激光波形，強(qiáng)度一樣，打在等離子體上產(chǎn)生的結(jié)果一樣 。換句話說，激光強(qiáng)度確實(shí)增強(qiáng)了。這怎么解釋？ ------------------------------------------------------------------------------------------- 目前，綜合大家的回復(fù)，我也請(qǐng)教了相關(guān)領(lǐng)域的教授，基本贊同neveruse的解釋。具體就是說： 1.對(duì)于兩束完全相同的激光完全疊加，此時(shí)形成（不是合成了）的激光不是兩束激光的簡(jiǎn)單疊加，而是一束激光，但是這樣一束激光的能量你要計(jì)算的話，確實(shí)是原始單束激光能量的4倍。這樣的激光只能從激光器中發(fā)射，故能量來自于激光器。 也就是說原始的兩束激光和形成的激光不是一個(gè)系統(tǒng)了。此時(shí)我們的系統(tǒng)還應(yīng)該包括激光器。這樣，總體能量是守恒的。 2.對(duì)于部分無相差疊加的情況，也類似，再疊加的部分，無疑，能量增加了，導(dǎo)致這樣“形成”的激光能量也大于原始兩束激光能量之和，原因和1類似，因?yàn)檫@樣部分疊加的激光是從激光器中打出來的一束激光，多余的激光還是來自激光器。 3.對(duì)于部分人說積分問題，我覺得我這里討論的是完全疊加，或者部分完全疊加的情況，每一個(gè)點(diǎn)的相差都為0，所以貌似沒有積分的問題。 現(xiàn)在還有一個(gè)問題。針對(duì)1，如果“形成”的激光能量增加了，根據(jù)量子守恒，光子數(shù)目不變，頻率不變，為什么后來的激光能量高了，是不是頻率變了？我還是有點(diǎn)糊涂。請(qǐng)指教。 [ Last edited by yitianjian on 2010-12-13 at 19:37 ] |
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3樓2010-12-07 21:00:04
2樓2010-12-07 20:52:36
4樓2010-12-07 21:14:30
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兩束激光脈沖都是圓極化激光。如果參數(shù)一樣，相差0，那么就應(yīng)該是相長(zhǎng)相干。成為一束場(chǎng)強(qiáng)為兩倍的激光脈沖。至于能量，因?yàn)榻拱嗖蛔�，脈寬不變，能量將正比如激光強(qiáng)度。 其實(shí)問題的核心就是：兩束相同激光疊加，和一束振幅為其2倍的同頻率激光，有何卻別。如果沒區(qū)別，那么能量就不守恒。有區(qū)別，區(qū)別在哪？ 試驗(yàn)中可以將同一激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)過Dezer（音）分為2束相同激光，然后通過延遲，反射，然后疊加在一起。這是可以做到的。如果最初的激光強(qiáng)度為I_0，脈寬為tau,那么分開后，每一束的強(qiáng)度為0.5I_0,脈寬為tau不變。能量是守恒的。 現(xiàn)在這兩個(gè)脈沖疊加，為什么得不到最初的激光了呢？因?yàn)楹掀饋淼募す鈴?qiáng)度變?yōu)?I_0. 請(qǐng)指教。謝謝 [ Last edited by yitianjian on 2010-12-7 at 21:27 ] |
5樓2010-12-07 21:22:07
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