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【求助】更新：兩束電磁波疊加成一束電磁波時能量問題？（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）同時發(fā)射，合并成一束激光，其場振幅E增加2倍，強度I增加四倍，焦班應該和單個脈沖焦班相同，脈寬和單個激光脈沖應該相同，最后計算得到的能量是兩束單個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干涉儀將一束強度為2I的激光分為兩束強度為I的激光，這是完全可以做到的，關鍵是這兩束激光通過光學無相差疊加時，導致合成后的激光強度成為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，發(fā)現(xiàn)這是個老問題，很多學術文章在討論疊加和能量守恒到底是不是一致的問題。 2.如果相差半個周期，那么在光學疊加的時候，由于相消干涉，導致沒光，光子不可能湮滅。那么能量哪里去了。在研究機械波的時候，疊加形成駐波，這樣，能量解釋為儲存在勢能上，不能傳播。那么對于電磁波形成的駐波怎么解釋？難道是電磁勢能？ 3. 疊加前的振幅對應的光子數(shù)目和合成后振幅對應的光子數(shù)目的相差一倍。問題的實質(zhì)是光的量子性（總光子數(shù)不變，能量守恒）用波動性（疊加原理）解釋。或者怎么解釋才能相容。波動性認為相同頻率的激光疊加后頻率不變。  4.見上圖， 這種解釋是"我的題設在試驗中不存在"，因為有相干抵消存在，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，因為實驗做不到。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，讓他們部分相長疊加，也就是說脈沖延遲小于脈寬，那么重疊部 分會相干疊加，這是可以做到的，請問此時能量守恒不守恒？！ 6.有人說不能只取增強的部分看，應該在一個激光周期內(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)強度為I的兩束激光相干 疊加后的激光和一束強度為4I的激光波形，強度一樣，打在等離子體上產(chǎn)生的結果一樣 。換句話說，激光強度確實增強了。這怎么解釋？ ------------------------------------------------------------------------------------------- 目前，綜合大家的回復，我也請教了相關領域的教授，基本贊同neveruse的解釋。具體就是說： 1.對于兩束完全相同的激光完全疊加，此時形成（不是合成了）的激光不是兩束激光的簡單疊加，而是一束激光，但是這樣一束激光的能量你要計算的話，確實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系統(tǒng)了。此時我們的系統(tǒng)還應該包括激光器。這樣，總體能量是守恒的。 2.對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，因為這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，每一個點的相差都為0，所以貌似沒有積分的問題。 現(xiàn)在還有一個問題。針對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？我還是有點糊涂。請指教。 [ Last edited by yitianjian on 2010-12-13 at 19:37 ] |
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