萨格纳克效应机理分析及其物理意义

作者：彭晓韬

日期：2021.03.21

【文章摘要】：萨格纳克效应是光纤陀螺仪的理论基础，也是证明运动介质传导的光之速度与介质运动速度直接有关的重要证据。但依本人对光的研究，此效应只是证明了所谓传导光的介质为次生光源，当介质运动时，也就是光源本身在运动，其产生的光的速度当然会随其运动速度发生变化。本文就此作些讨论。

一、萨格纳克效应简介

萨格纳克效应（ Sagnac Effect）是1913年萨格纳克发明的一种可以旋转的环形干涉仪。将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动，这就是萨格纳克效应。

萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比。

萨格纳克效应已经得到广泛的应用，由萨格纳克效应研制出的光纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。【摘自百度百科】

二、萨格纳克效应的机理分析

如上图一所示：当激光P0被半透镜BS2分成二路：一路沿聚光透镜1→B点→A点→聚光透镜2→BS2→F1，称作A路；另一路从聚光透镜2→A点→B点→聚光透镜1→BS2→F1，称作B路。两路在单模光导纤维环静止时的光程差为0。假设单模光导纤维环内的光速为U，则有：

在单模光导纤维环以顺时针速度V运动时，A、B两种的光程差仅与AB段的运动有关，其余部分的光程差仍然为0。假设AB段的长度为L，则有光程差：

由（公式6）可知：当（2πRθ）<<U时，光程差是近似于与单模光导纤维环的面积及角速度的乘积成正比的。

三、萨格纳克效应的物理意义

1、证明运动介质内部的光速仅相对介质本身速度恒定，而相对介质运动的观测者会测量到不同的光速。同时证明运动光源产生的光速仅相对光源本身速度恒定；

2、证明相对介质运动的观测者实测到的介质内部光速为观测者相对介质的运动速度V与介质内部光速U的矢量叠加结果。

3、证明运动介质内部的折射光并非介质拖曳并使光速改变，而是介质产生的次生光，其在均匀介质内部的速度仅相对介质本身速度恒定。再次证明本人总结的四条基本准则之三：光仅相对产生它的光源速度恒定，而相对光源运动的观测者会测量到不同的光速，并遵循速度矢量叠加原理（简称：准则三）是正确的。

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