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2021-12-20 10:40| 发布者：Davis| 查看：810| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了开普勒扩束器和伽利略扩束器的基本设计原理，以及物质状态、激光雷达技术和i-ToF飞点噪声等相关知识。此外，文章还阐述了计算宇宙中智慧生命公式和爱因斯坦光箱实验等探究科学的思考。

基本的开普勒扩束器

基本的开普勒式设计，两个正透镜的间距等于两焦距之和，并且输出光束相对输入光束是倒立的，这可以通过上图中的红色和蓝色光线看出。

光束在两透镜之间聚焦，这样做的优点是能用精密针孔进行空间滤波，以此提高光束质量，但是聚焦不适合高能量光束应用。比如，1MW或以上的纳秒激光脉冲聚焦时可能使空气电离而产生火花，从而降低脉冲功率并降低光束质量。

基本的伽利略扩束器

基本的伽利略扩束器由一个负透镜和一个正透镜构成。因为两透镜的间距等于两焦距之差，所以伽利略设计比开普勒设计更紧凑。

因为正负透镜的球差效应相反，所以负透镜能抵消正透镜的一部分球差，而且正负透镜的组合不会使光束方向发生倒立。因此，伽利略设计既可减小球差，而且对于非旋转对称光束可能更适合。

物质状态

加热冰块时，水中的分子会获得能量，并从晶体结构中脱离出来（成为液体）；继续加热液体水时，水分子可以获得更多的动能逃逸出来成为蒸汽（气体）；当电子脱离原子，物质便会离化成等离子体，这种状态可以在宇宙星体中发现。

此外，物质还有第五种状态——玻色-爱因斯坦凝聚态，由一团降温到非常接近零度而几乎不运动的原子组成；这时，这些原子达到了相同的能量状态从而表现得像一个原子。当所有原子到同一个量子态时，相互之间不可分辨，它们便会遵循玻色-爱因斯坦统计规律，适用于包括光子在内的不可分辨的粒子。在这种状态下，我们会观测到超流、超导、无电阻这类令人惊奇的现象。

激光雷达技术路线及激光光源选择

黑滴现象

影子相互“吸引”的现象，主要是由半影效应导致的。大家生活中常见的光源，往往都不是理想的点光源，例如太阳、烛火、日光灯等，都是具有一定大小的。因此地面附近物体的影子，通常可分为两个区域：中心部分太阳光完全被遮挡，看起来最暗，称为本影；边缘附近，只挡到太阳光的一部分，形成模糊的明暗过渡区，称为半影。

从地球上看，太阳视角略大于0.5度，从而离地1米的物体半影宽度接近1厘米，肉眼明显可见。当两个物体相互靠近时，半影接近并重叠，重叠部分比普通半影更暗；越是靠近，其暗度越接近本影，从而看起来像是两个影子相互“吸引”并连接在一起。这个“吸引”效果是两者共同形成的，不存在谁主动谁被动的问题。

i-ToF飞点噪声产生原理

在ⅰ-ToF测量的深度图中，物体边缘处往往存在大量错误的深度测量值，生成3D点云后，视觉上表现为飞在空中的无效点，称为飞点噪声。飞点噪声使得i-ToF无法有效获取物体边缘的3D信息,这也是当下i-ToF能否得到广泛应用的一大挑战。

飞点噪声产生的主要原因在于：i-ToF传感器上，每个像素都具有一定的物理尺寸，在测量物体边缘时，单个像素会同时接收到前景和背景反射回来的光线，二者产生的能量叠加在一起，使得传感器获取的原始数据中包含多个距离的信息，解算相位计算距离时将得到错误的深度测量值。另外，镜头散射及像素间串扰，有时也会引起飞点噪声，甚至造成背景的大范围变形。

i-ToF多径干扰产生原理

真实场景中存在复杂的漫反射甚至镜面反射，多径干扰(Multi-Path Interference, MPI)在原理上会使得测量值变大，严重影响三维重建的效果。

多径干扰是困扰i-ToF多年的重要问题，一直是i-ToF广泛应用的最大障碍。在过去的十年中，众多研究机构在解决多径干扰问题上做出了大量算法和系统层面的尝试，但仍无法根除该问题。

理论结构

计算宇宙中有智慧生命的公式

我们可以把银河系中技术文明的大致数量设定为N。这里的技术，指具备射电天文学能力。

N是一系列参数相加或者相乘得出的结论，每个参数的基数都必须非常庞大，才能保证大量的文明社会存在。

N*代表银河系的恒星数量；

fp代表拥有行星的恒星系比例；

ne代表宜居行星的比例；

fl代表存在生命的星球比例；

fi代表演化出智慧生物的星球比例；

fc代表不但存在智慧生物，还诞生了技术文明的星球比例；

fL代表了能让技术文明存续的星球比例。

N = N*fpneflfifcfL。所有的f都是分数，取值在0和1之间，它们会减少N*的最大值。

爱因斯坦光箱实验

爱因斯坦光箱实验，是爱因斯坦用于击溃量子论而专门设计的一个思想实验。

想象一个箱子，上面有一个小孔，并有一道可以控制其开闭的快门，箱子里面有若干个光子。假设快门可以控制得足够好，它每次打开的时间是如此之短，以至每次只允许一个光子从箱子里飞到外面。因为时间极短，△t是足够小的。那么现在箱子里少了一个光子，它轻了那么一点点，这可以用一个理想的弹簧秤测量出来。假如轻了△m吧，那么就是说飞出去的光子重m，根据相对论的质能方程E=mc2，可以精确地算出箱子内部减少的能量△E。

那么，△E和△t都很确定，海森堡的公式△E×△t＞h也就不成立。所以整个量子论是错误的！

波尔的拆招：一个光子跑了，箱子轻了△m。用一个弹簧秤，设置一个零点，然后看箱子位移了多少。假设位移为△q，这样箱子就在引力场中移动了△q的距离，但根据广义相对论的红移效应，这样的话，时间的快慢也要随之改变相应的△t。可以根据公式计算出：△t＞h/△mc2。再代以质能公式△E=△mc2，则得到最终的结果：△t△E ＞h，正是海森堡测不准关系！

关键是爱因斯坦忽略了广义相对论的红移效应！引力场可以使原子频率变低，也就是红移，等效于时间变慢。当我们测量一个很准确的△m时，我们在很大程度上改变了箱子里的时钟，造成了一个很大的不确定的△t。也就是说，在爱因斯坦的装置里，假如我们准确地测量△m或者△E时，我们就根本没法控制光子逃出的时间！