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技术可以让光变得多神奇?|蜗牛君专辑

本文作者:小芹菜 2016-03-05 18:42
导语:全息,光计算机,隔空移物......看完这些神奇的光学,魔幻般的世界瞬间在你眼前清晰无遗。

本周雷锋网专栏作者推荐:看风景的蜗牛君,中科院光学工程博士。

另外,如你有感兴趣的雷锋网专栏作者,请不吝评论留言,或可邮件推荐给小编:zhuanlan@leiphone.com,我们会在下次的推荐中优先考虑。

1、聊一聊那些“隔空移物”的光学魔法  (点击阅读)

2005年上映了一部评价极佳、趣味十足的科幻影片,叫做《银河系漫游指南》。这部电影主人公阿瑟的房子因为修建公路要被拆掉,与此同时,地球因为银河系要修建空间高速公路,也要被摧毁。于是阿瑟在外星朋友福特的帮助下,在最后一刻搭便车登上了一艘宇宙飞船,开启了银河系冒险之旅。而他们登船的方式,就是通过一束光。

同样,利用光来实现“隔空移物”之术,也不再是电影中的空谈,近年来得到了理论和实验的验证,科学名词叫做“光镊(Optical Tweezers)效应”。

轨道角动量光束的拓扑荷值越大,意味着光束旋转得越快。将这种光束聚焦后,在实现光镊效应的同时,还会使物体产生旋转的扭矩,就像有一个扳手在扳动物体一样。不过与光镊类似,光学扳手能够提供的力也是pN量级的,要想指望一束光把人给翻个跟头,还是只能在电影和小说中呢。

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2、光计算机离我们究竟还有多远? (点击阅读)

光计算机,俗称光脑。上世纪,早在电子计算机刚刚兴起之时,科学家们便提出了光子计算机的概念。这是因为利用光进行计算,比用电子计算有着许多无可比拟的优点。

在模拟运算领域,光有着独特的“上帝算法”。


例如,在许多领域需要运用傅里叶变换相关的计算,如卷积。数字计算机来计算傅里叶变换是非常消耗计算量的,这使得一些需要运用傅里叶变换作为基础运算的算法往往很耗时,如图像处理领域。而光通过透镜的过程,本身就是一次傅里叶变换的过程,这个过程几乎完全不需要时间。

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3、光影交错间,全息技术是如何一步步发展成今天这样的?  (点击阅读)

首先要明确一点,全息和3D显示不存在谁包含谁的问题,他们是有交叉的两个概念。

之所以媒体和大众往往将两者混为一谈,是因为全息技术的确是很有前景的一项3D显示技术,而且也是中学教科书中着重提到过的“未来”科技,才让大家印象深刻(当年我就是因为这个,义无反顾地选择了光学工程专业)。但实际上除了全息之外,还有许多其他技术都可实现3D成像,与全息技术相比,各有利弊。甚至不少技术会先于全息技术发展起来,走入大家的生活。

是否可以通过某种方式,将光线的强度信息和相位信息同时记录下来呢?这就是“全息”思想的来源。

全息术最核心的是需要有记录物体相位的全息图,可以通过衍射过程再现物体。这个全息图可以通过干涉方法、利用干板记录,也可以是利用CCD/CMOS记录,甚至可以是通过计算机数学运算得到。若是没有全息图的存在,严格意义上来说,就不能够称之为全息显示。

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