磁單振波光電導激發技術

摘要??? 磁單振波推進技術是一項具有革命性的超前的宇航技術，采用了這種技術的電子回旅發動機是一種真正意義上的空間曲率發動機。本文基于此，特對磁單振波光電導激發技術進行了深入研究。

【關鍵詞】振蕩形式 單向振蕩 穩態真空單極磁場 空間曲率

1 交變振蕩形式與單向振蕩形式

電流強度或磁感應強度的周期性變化叫振蕩。在電磁振蕩中，電流強度或磁感應強度穩定不變時的點叫平衡點，振蕩開始的點和振蕩結束的點都是平衡點。平衡點可以是0點也可以是其它點。在振蕩過程中平衡點發生改變叫平衡點飄移，這會導致波形畸變。電流強度或磁感應強度高于平衡點的變化叫正向變化，低于平衡點的變化叫負向變化。正向或負向指的并不是電流或磁場的方向，而是指電流強度或磁感應強度相對于平衡點的變化方向。電流強度或磁感應強度從平衡點開始，在正向最高點和負向最低點之間隨時間作周期性重復變化，叫交變振蕩。電流強度或磁感應強度從平衡點開始，只在正向最高點和平衡點之間隨時間作周期性重變化，或者只在負向最低點和平衡點之間隨時間作周期性重復變化，叫單向振蕩。

實驗一，將檢測器放在如圖1（a）所示的平衡點為d點的交變振蕩磁場周圍，可檢測到如圖1（b）所示的平衡點為0點的交變振蕩電流。這說明，在交變振蕩磁場周圍存在同頻率交變振蕩的位移電流。

實驗二，將檢測器放在如圖2（a）所示的平衡點為0點的單向振蕩磁場周圍，可檢測到如圖2（b）所示的平衡點為0點的同頻率單向振蕩電流，這說明在單向振蕩磁場周圍存在同頻率單向振蕩的位移電流。

2 磁單振波與真空單極磁場

位移電流與傳導電流一樣都能在空間中激發磁場，位移電流與傳導電流激發磁場的規律都相同，位移電流和傳導電流都與磁場一樣存在交變振蕩和單向振蕩兩種截然不同的振蕩形式。由交變振蕩的位移電流和交變振蕩的感應磁場在空間中互相激發交替產生形成的電磁波叫交變振蕩電磁波;由單向振蕩的位移電流和單向振蕩的感應磁場在空間中互相激發交替產生形成的電磁波叫單向振蕩電磁波，簡稱磁單振波。目前人類通迅用的無線電波和微波等，都屬于交變振蕩電磁波，磁單振波由于剛發明不久，在實際的工程應用上仍是一片空白。理論上，激光也是一種磁單振波，但由于激發光的電子從高能級躍遷到低能級的過程中運動方向是不可控的，這導致激光成了一種概率波。即使是偏振激光，大量偏振光子在通過空間中的某個點時，磁場方向也有上下的概率。只是磁場方向向上的光子數與磁場方向向下的光子數大體相當，大量偏振光子就會表現出交變振蕩的形式。

圖3形象地描繪出了磁單振波在真空中傳播的過程，圖中虛線箭頭表示位移電流的方向，實線箭頭表示感應磁場的方向。從圖中不難看出，遠離了波源的磁單振波在真空中傳播時產生的感應磁場都是磁場方向不變的單向振蕩磁場，在磁單振波傳播的方向上選取一個點，當磁單振波經過該點時，在該點激發的感應磁場的場強方向是恒定不變的。因為這種磁場只能對處在磁單振波傳播方向上阻礙磁單振波傳播的電子產生作用，并且只能產生單個磁極的作用，所以叫做真空單極量子磁場。利用三波合成法或高階合波合成法可在真空中合成一個完全脫離了波源（即完全脫離了電荷）的近似穩態的真空單極量子磁場。磁單振波推進技術就是一種利用穩態真空單極量子磁場來推進的發動機技術。這種超前的發動機技術目前仍處在實驗階段，要在工程上實現應用，仍需攻克很多難題，其中，最大的難題就是如何發射出功率大頻率又比較穩定的磁單振波。磁單振波光電導發射器有望解決這一難題。

3 磁單振波光電導發射器的原理和構造

磁單振波光電導發射器的原理是利用激光脈沖觸發直流偏置下的高速光電導體材料，產生單向振蕩的光電流，通過天線輻射出磁單振波。這種發射器的構造如圖4所示，它主要由脈沖激光器，直流電源，高速光電導開關（用SL表示），以及發射天線等構成。其中，高速光電導開關是磁單振波光電導發射器的關鍵部件，它的原理是在高速光電導材料做成的襯底上淀積兩片導電性能良好的金屬薄片作為兩個電極。這種高速光電導體材料的暗電阻極高，沒有光照時，天線表面只有微弱的暗電流通過。當脈沖激光照射到SL上的高速光電導體材料時，會瞬間在光電導體材料的表面激發大量自由載流子，這些自由載流子在外加偏置電場的作用下加速運動形成單向振蕩的光電流，單向振蕩的光電流通過天線向空間中輻射磁單振波。

高速光電導開關觸開的時間是激光照射持續時間的函數，因此，光電導激發的磁單振波其頻率與激光照射持續時間相關，單個激光脈沖的時間越短，產生的磁單振波的頻率就越高。而在下個激光脈沖到來之前，光電導體材料的電導率必須恢復到原值（暗態下的電導率），這要求光電導體材料必須有極高的恢復速度。目前，實驗用的具有極高恢復速度的高速光電導材料主要有砷化鎵（GaAs）、磷化銦（lnP），以及非輻射損傷硅——藍寶石等。每一種高速光電導材料都有各自的參數特性，通過特殊的加工可相應地改變這些材料的一些參數特性，以符合實驗要求。

與發射交變振蕩電磁波（即普通的無線電波或微波）的天線不同，發射磁單振波的天線是接在可通直流電的閉合電路中的。天線的一端與電源正極連接，另一端與電源負極連接。發射交變振蕩電磁波的天線其長度為波長的1/2倍時，輻射能力最強，而發射磁單振波的天線其長度為波長的一倍時，輻射能力最強。磁單振波的波長等于磁單振波一個單向振蕩周期所傳播過的路程。在真空中，磁單振波的波長等于光速與頻率的比值。

與光電導激發磁單振波的方法類似，光電壓激發磁單振波方法是利用脈沖激光照射高速光電導材料制成的高倍聚光電池（如砷化鎵高倍聚光電池），產生單向振蕩的光電流，通過天線輻射出磁單振波。

4 磁單振波光電導激發技術的應用前景

利用先進的磁單振波光電導激發技術，可向特定的空間中發射特定數目的相干的磁單振波束，在空間中合成穩態真空單極量子磁場。磁單振波推進技術的原理就是利用穩態真空單極磁場對恒定電流產生的真空電磁力來推進，這種技術是一種真正意義上的空間曲率推進技術，采用了這種推進技術的電子回旋發動機實際上就是一種曲速發動機，這種曲速發動機的原理就是利用在空間中合成的穩態真空單極磁場對接近光速運動的電子束產生的真空電磁力來推進。它可以不斷地激發蘊藏在空間中的真空能，無需消耗任何推進劑便可給宇宙飛船提供源源不斷的場力，把飛船加速到光速，甚至超光速，實現人類遠距離星際航行的夢想。

參考文獻

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