光和无线电波的超光速传递

前面提到，索默菲在1904年就提出了反常色散概念，并认为光在具有反常色散的介质中的速度，将大于真空中的光速。而当1905年爱因斯坦发表狭义相对论后，索默菲不再提及他的超光速的分析。但20世纪60年代后，人们并不放弃在实验室中实现反常色散的可能。

波导是一种用来约束或引导电磁波的结构。通常，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。当无线电波频率提高到3000兆赫至300吉赫的厘米波波段和毫米波波段时，同轴线的使用受到限制而采用金属波导管或其他波导装置。波导管的优点是导体损耗和介质损耗小；功率容量大；没有辐射损耗；结构简单，易于制造。波导管内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件求解，与普通传输线不同，波导管里不能传输电矢量和磁矢量都与传播方面垂直的TEM波有关，电磁波在传播中存在严重的色散现象，色散现象说明电磁波的传播速度与频率有关。表面波波导的特征是在边界外有电磁场存在。其传播模式为表面波。在毫米波与亚毫米波波段，因金属波导管的尺寸太小而使损耗加大和制造困难。这时使用表面波波导，除具有良好传输性外，主要优点是结构简单，制作容易，可具有集成电路需要的平面结构。表面波波导的主要形式有：介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。

电磁波在波导中的传播受到波导内壁的限制和反射。波导管壁的导电率很高 （一般用铜、铝等金属制成，有时内壁镀有银或金），通常可假定波导壁是理想导体，波导管内的电磁场分布可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件来求解。波导中可能存在无限多种电磁场的结构或分布，每一种电磁场的分布称为一种波型 （模式），每一种波型都有对应的截止波长和不同的相速。

波导技术广泛地用于现代信息传播技术中，特别是手机信息的传播中。2005年，波导凭借其强大的技术优势，整合了通讯、音频、视频等尖端技术，抢先推出MP4系列手机，引领手机进入 “摄像、听歌、看电影”的移动娱乐新时代，这是波导继推出MP3系列音乐手机之后在手机移动娱乐领域的又一重大进步。

工作在截止频率以下的波导称 “截止波导”。利用截止波导中电磁场按指数衰减这一原理做成的截止衰减器，由于它可用作衰减标准，因而一直在无线电计量学上有着广泛的应用。理论分析表明，如果利用截止波导作为位垒，也可产生微波的超光速传播现象。

1995年3月，在美国犹他州的一次国际学术讨论会上，德国科隆大学的Nimtz教授报告了他的研究小组关于“微波超光速传播”的实验结果。该实验是把莫扎特的音乐调制在S波段的微波载频上，然后把载有音乐信号的微波分成两路：一路上接有一个长度为12厘米的截止波导，而另一路作为比较的是等长的以光速c传播的传输电路；精确测定接收到的两种音乐信号的时间差，就可以算出音乐信号在截止波导中的传播速度：显然如果插入有截止波导的那路音乐信号先于比较电路上的音乐信号到达接收器，就说明在截止波导上的音乐信号的传播速度快于光速c，并可计算出其传播速度。Nimtz教授的实验认为，该实验中测得的在截止波导中的音乐的传递速度为4.7c。本试验是最早的用截止波导作位垒的隧穿实验。于1992年由Enders和Nimtz共同完成。这以后不断有人在微波波段、可见光波段、太赫兹波段和高频波段都偷尝到了超光速禁果。

实现这类超光速的方法，常常也称为量子隧穿效应。