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如何产生并记录一个“光子马赫锥”?
作者:bc体育 来源:bc体育 点击: 发布日期: 2021-05-22 00:12
信息摘要:
科学家在衍生介质的两侧放置了更高的折射率(nd)介质,散射光的传播速度为c/nd,nsnd可以构筑光源速度小于光向周围传播的速度的目的,如下图所示。示波器是生活中罕见的仪器设备,其基本设计理念与旧的影像管电视相似,通过周期变化的瞄准电场将不同时间发射的电子转移到显示器上,因此可以构筑将输出信号按时间分离的目的,时间分辨率不同但是,由于瞄准常用的电场和磁场对光子没有效果,科学家设计了类似的光融合方式构筑这一目的。...
本文摘要:科学家在衍生介质的两侧放置了更高的折射率(nd)介质,散射光的传播速度为c/nd,nsnd可以构筑光源速度小于光向周围传播的速度的目的,如下图所示。示波器是生活中罕见的仪器设备,其基本设计理念与旧的影像管电视相似,通过周期变化的瞄准电场将不同时间发射的电子转移到显示器上,因此可以构筑将输出信号按时间分离的目的,时间分辨率不同但是,由于瞄准常用的电场和磁场对光子没有效果,科学家设计了类似的光融合方式构筑这一目的。

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按:本文作者看风景的蜗牛君,中国科学院光学工程博士。(公共编号:)独家登场。

我相信对许多人来说,声音爆炸这个词并不陌生。物体运行速度小于声速,突破声障时,物体本身不能迅速传播空气,逐渐在物体波面积累官,构成激波面,在激波面上高度集中声学能量。当这些能量传播到人们的耳朵里时,它们不会让人感觉到一段时间非常反感的爆炸声,称为声音爆炸。

在物体音速飞行时,不仅不会频繁发生声音爆炸,也不会频繁发生所谓的马赫锥。马赫锥是指在超声波速度在大气中运动时,将该物体作为顶点,将空间分为干扰区和未干扰区的锥面。这个锥面不会突然传输空气,所以空气中的水蒸气很快就液化成雾,飞机的马赫锥被拍摄,成为军事爱好者的很多体验。

图1超音速飞行器产生的马赫锥(照片来自网络),空气中马赫锥形的产生是由于声源的速度低于声音的传播速度。在某种程度上,如果光源的速度小于光向周围传播的速度,理论上就不会产生光子马赫锥。

但乍一看,这似乎是一个谬论,因为真空中的光速是宇宙的极限速度,即使在折射率为n的介质中,光速也会减慢(cn=c/n),但人类目前的技术手段仍然令人望而却步。因此,科学家设计了精致的实验,将不同的脉冲激光放入衍生介质中,折射率为ns,脉冲光沿途照射衍生介质,作为新的光源。

在这种情况下,光源的速度相当于衍射介质的光速(c/ns)。那么如何减少散射光的传播速度呢?科学家在衍生介质的两侧放置了更高的折射率(nd)介质,散射光的传播速度为c/nd,nsnd可以构筑光源速度小于光向周围传播的速度的目的,如下图所示。图2光子马赫锥形的产生原理(Single-shotreal-timevideovicoordingoffordingoffordingoftonicMachoneinduconducedfordbyattredlightpulse)的原理解读并不困难,客观地说,产生这样的光马赫锥形也不困难,但困难的是如何记录这个面的动态。

和声音爆炸时发生的马赫锥不同,这个光子马赫锥发生的速度太快,普通的照相机抓不到这样的画面。因此,科学家用于被称为条纹照相机的超高速瞄准照相机构。

条纹摄像头是一种类似的装置,可以构建超高时间分辨率的光学记录。只是,其原理并不简单,类似于类似的示波器。示波器是生活中罕见的仪器设备,其基本设计理念与旧的影像管电视相似,通过周期变化的瞄准电场将不同时间发射的电子转移到显示器上,因此可以构筑将输出信号按时间分离的目的,时间分辨率不同但是,由于瞄准常用的电场和磁场对光子没有效果,科学家设计了类似的光融合方式构筑这一目的。图3条纹相机原理图3是典型的条纹相机原理示意图。

外界输出的光信号随时间变化,光信号利用狭缝和透镜系统后到达光电阴极。由于光电效应,光电阴极不会发射与光子量成正比的电子。电子在电场加速(该显示图纵向从左向右加速),到达电子倍增器(MCP),炮击荧光屏和CCD,仔细观察并记录该信号。

最重要的是,在电子从光电阴极到电子倍增器的过程中,不经过扫描电极(sweeplectrode)的区域,该区域不产生垂直方向的扫描电场。当该扫描电场的大小和方向发生变化时,电子到达电子倍增器的方向不会发生变化。因此,如果瞄准电极的电场在一定频率周期内发生变化,则不会构建光学示波器功能。

通过这种精妙的设计,科学家顺利实现了超高分辨率的光学记录。在这次光子马赫锥实验中,条纹相机的记录速度超过了难以置信的每秒1兆帧,成功记录了光子马赫锥。如图4右图所示,其中时间单位为皮秒(1ps=10(-12)s)。

图4动态记录的光子马赫锥下面的视频是该实验的动态结果:特约原稿,允许禁令刊登。下一篇文章发表了注意事项。


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