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2022-1-27 08:43| 发布者：Davis| 查看：938| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了光栅技术的基本原理、镜面反射和漫反射的差异、球差彗差及偏振光的应用，同时还介绍了光强调节器、自由空间光隔离器和偏振态发生器的组合搭建方法。了解更多关于光学的知识，欢迎阅读本文。

光栅三维显示技术原理

光栅技术的基本原理是在显示器前端加上光栅，让左眼透过光栅时只能看到部分画面，右眼也只能看到另外一半画面，即左右眼看到不同影像并形成立体，此时无须佩戴眼镜。

有些显示器本身就集成了光栅。这种显示器的屏幕一般由两片液晶画板重叠组合而成，当位于前端的液晶面板显示条纹状黑白画面时，即可显示三维图像；而当前端的液晶面板显示全白的画面时，不但可以显示三维的影像，也可如普通显示器一样显示二维图像。

镜面反射与漫反射

要可视化镜面反射和漫反射之间的差异，请考虑两个非常不同的表面：光滑的镜子和粗糙的微红色表面。镜子几乎同等地反射白光的所有成分（例如红、绿和蓝波长），反射的镜面光与法线成相同的角度，入射光也是如此。然而，粗糙的微红色表面并不能反射所有波长，因为它吸收了大部分蓝色和绿色成分，并反射了红光。此外，从粗糙表面反射的漫射光会向各个方向散射。

镜面反射的最好的例子，就是家庭中都会使用的镜子。镜子光滑的反射玻璃表面呈现出虚像直接反射回眼睛的光对观察者的影响。这个图像被称为“虚拟”，因为它实际上并不存在（不产生光）并且由于大脑自然做出的假设而看起来在镜子平面的后面。当观察物体在观察者一侧的反射时，这种情况发生的方式最容易形象化，因此来自物体的光以一定角度照射在镜子上，并以与观察者眼睛相同的角度反射。当眼睛接收到反射光线时，大脑会假设光线以直线路径到达眼睛。将光线向后追踪到镜子，大脑会感知到位于镜子后面的图像。

球差

彗差

像散

场曲

畸变

开普勒的行星运动定律的提示

在一个行星模型中，对点是偏心地球的对称点，位于相反的位置。行星则被要求在它的圆上运动，使得从“对点”上看来行星在天空中以匀速运动。但是由于对点并不居于圆心，为实现匀速运动行星必须要改变其速率。

依照头两条定律，地球（或者其他行星）绕太阳按椭圆轨道运行，太阳位于两个焦点之一，从太阳至地球的连线在相等时间里扫过相等的面积。所以，地球在其轨道上接近太阳时，运动就会加快，地球远离太阳（从而靠近椭圆的另一个“空”焦点）时，运动就会减慢。从空焦点看，地球穿越天空的速率将会是近乎匀速的：当地球接近太阳而远离空焦点时，地球要运动得快一些，不过由于地球与空焦点的距离较远，所以并不明显；当地球靠近空焦点时，地球要运动得慢一些，不过由于它与空焦点的距离较近，所以同样不太明显。换句话说，开普勒教导我们，近似地说，地球穿越天空的速率由空焦点看来的确是近乎匀速的。

四分之一波片的用法

光衰减器

四分之一波片可以用于改变偏振光偏振方向，所以可使用偏振片和四分之一波片的组合搭建光强调节器。

激光束由激光器发出，垂直入射至一个偏振片中，出射光转变为线偏振光，被调制的线偏振光入射至四分之一波片，当四分之一波片快轴相对偏振片透振方向有角度时，出射光转变为椭圆偏振光，再经过偏振片后光强改变。

与使用两个偏振片调节光强相比，该方法在两偏振片透振方向垂直时仍有出射光。

光隔离器

可以配合使用偏振分束器和四分之一波片来组合搭建自由空间光隔离器。

激光束由激光器发出，垂直入射至偏振分束立方，出射水平偏振方向线偏振光（p光），p光入射至四分之一波片，出射光转变为右旋圆偏振光（或左旋圆偏振光），光路中反射回来的左旋圆偏振光（或右旋圆偏振光）进入四分之一波片，出射竖直偏振方向线偏振光（s光），s光经过偏振分束立方被反射至其他方向。

偏振态发生器

原理说明：激光束由激光器发出，激光垂直入射至偏振片，偏振片能将入射光调制为线偏振光，被调制的线偏振光入射至二分之一波片上，偏振方向偏转，二分之一波片出射光再入射到四分之一波片，当四分之一波片与入射到其上的线偏振光偏振方向一致时，出射光为线偏振光，此时二分之一波片可用于调整偏振方向，而快轴方向与偏振方向不一致时出射光为椭圆偏振光或圆偏振光，此时四分之一波片可用于调整椭圆度和旋向，利用该种组合可实现任意偏振态输出。

使用二分之一波片是为获得任意方向的出射线偏振光。

可以使用偏振片、二分之一波片和四分之一波片的组合搭建偏振态发生器。

如仅为获得圆偏振光，光路中可去除二分之一波片。

淀粉的合成

2021年9月，中国科学院的研究团队宣布，他们从头设计了11步反应路径，利用无机催化剂和生物酶，首次在全球实现了从二氧化碳到淀粉的全合成。在自然界，植物需要通过光合作用把空气中的二氧化碳转化为淀粉，这个过程涉及60多步反应，且只有2%左右的能量转化效率。这项研究不仅能合成与天然淀粉结构几乎一致的淀粉分子，还比天然合成路径更高效。它的能量转化效率约是自然光合作用的3.5倍，淀粉合成速率更是天然合成的8.5倍。这项研究是从头合成生物大分子的一次里程碑式突破，也是模仿甚至超越自然合成机制的一大步。

蛋白质的结构

2021年7月，DeepMind宣布人工智能算法AlphaFold2开源，随后又与欧洲生物信息学研究所合作，公布了这套算法精准预测的人类蛋白组中98.5%的蛋白质结构，以及20种模式生物同等比例的蛋白质结构。AlphaFold2预测的精准度已达到原子级别，能媲美目前最精准的测量仪器，预测还将用时从几个月缩短到几天甚至数个小时。同月，由华盛顿大学等机构研发的算法RoseTTAFold开源，它能更好地预测蛋白质复合物的结构。AI蛋白质结构预测算法的爆发，解决了科学界的一个关键难题，拓展了对生命基础物质的认知，将极大地推动生物医药领域的发展。

工业革命1.0-4.0

共形循环宇宙学

彭罗斯提出了一个有趣但富有争议的模型，被称为共形循环宇宙学（CCC）。

彭罗斯的灵感来自一个有趣的数学联系，也就是宇宙的炽热、致密、微小的状态（比如大爆炸时的状态）和极寒、空旷、膨胀的状态（比如宇宙遥远未来的状态）两者之间的关联。

他解释这种对应关系的激进理论是，当这些状态达到极限时，它们在数学上是相同的。虽然这看上去很矛盾，但他认为，完全不存在物质的状态可能已经设法产生了我们在宇宙中所见的所有物质。

在这种观点中，大爆炸产生于（几乎的）“无”。那是当一个宇宙中的所有物质都被吞噬进黑洞，而黑洞又蒸发成光子时剩下的东西。但无论多么空旷，它仍然是一个物理宇宙。

为什么同一个状态从一个角度看是一个寒冷空旷的宇宙，而从另一个角度看却成了一个炽热致密的宇宙？答案在一个复杂的数学过程中，叫作共形重标度（conformalrescaling），这是一种几何变换，它实际上改变了一个对象的大小，但使其形状保持不变。

彭罗斯展示了，寒冷空旷的状态和炽热致密的状态是如何通过这种重标度而被联系在一起的，从而使它们在时空的形状方面相匹配，尽管两者尺寸各异。诚然，当两个对象具有不同尺寸时，很难把握它们如何在这种层面上是相同的，但彭罗斯认为，在这种极端的物理环境中，尺寸已经不再是一个有意义的概念。

在CCC中，解释的方向是从古老寒冷到年轻炽热，炽热致密的状态的存在是因为寒冷空旷的状态。但这里的“因为”并非我们所熟悉的因果，也就是原因在时间上位于其结果之前的那种因果。

在这些极端状态下，不仅是大小不再有意义，时间同样如此。寒冷空旷的状态和炽热致密的状态实际上位于不同的时间线上。从观察者的角度来看，寒冷空旷的状态在它自己的时间几何中将永远持续下去，但它所产生的炽热致密的状态实际上单独位于一个新的时间线上。

光学全息术的记录与重建过程

我们可以将光学全息术当做一个可以记录光波的“窗口”，物体的光波信息被冻结在窗口上，当我们对这个“窗口”进行适当的照明，它上面记录的光波信息就会被解冻，“窗口”仿佛被打开，我们可以通过这个“窗口”观察到后面空间中物体的3D影像，如果这个光学全息术工艺足够精良，人眼是难以区分出原物体和它的3D影像的。

路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

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