技術(shù)可以讓光變得多神奇？｜蝸牛君專(zhuān)輯

本周雷鋒網(wǎng)專(zhuān)欄作者推薦：看風(fēng)景的蝸牛君，中科院光學(xué)工程博士。

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1、聊一聊那些“隔空移物”的光學(xué)魔法  （點(diǎn)擊閱讀）

2005年上映了一部評(píng)價(jià)極佳、趣味十足的科幻影片，叫做《銀河系漫游指南》。這部電影主人公阿瑟的房子因?yàn)樾藿ü芬徊鸬簦c此同時(shí)，地球因?yàn)殂y河系要修建空間高速公路，也要被摧毀。于是阿瑟在外星朋友福特的幫助下，在最后一刻搭便車(chē)登上了一艘宇宙飛船，開(kāi)啟了銀河系冒險(xiǎn)之旅。而他們登船的方式，就是通過(guò)一束光。

同樣，利用光來(lái)實(shí)現(xiàn)“隔空移物”之術(shù)，也不再是電影中的空談，近年來(lái)得到了理論和實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，科學(xué)名詞叫做“光鑷（Optical Tweezers）效應(yīng)”。

軌道角動(dòng)量光束的拓?fù)浜芍翟酱螅馕吨馐D(zhuǎn)得越快。將這種光束聚焦后，在實(shí)現(xiàn)光鑷效應(yīng)的同時(shí)，還會(huì)使物體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的扭矩，就像有一個(gè)扳手在扳動(dòng)物體一樣。不過(guò)與光鑷類(lèi)似，光學(xué)扳手能夠提供的力也是pN量級(jí)的，要想指望一束光把人給翻個(gè)跟頭，還是只能在電影和小說(shuō)中呢。

2、光計(jì)算機(jī)離我們究竟還有多遠(yuǎn)？ （點(diǎn)擊閱讀）

光計(jì)算機(jī)，俗稱(chēng)光腦。上世紀(jì)，早在電子計(jì)算機(jī)剛剛興起之時(shí)，科學(xué)家們便提出了光子計(jì)算機(jī)的概念。這是因?yàn)槔霉膺M(jìn)行計(jì)算，比用電子計(jì)算有著許多無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

在模擬運(yùn)算領(lǐng)域，光有著獨(dú)特的“上帝算法”。

例如，在許多領(lǐng)域需要運(yùn)用傅里葉變換相關(guān)的計(jì)算，如卷積。數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算傅里葉變換是非常消耗計(jì)算量的，這使得一些需要運(yùn)用傅里葉變換作為基礎(chǔ)運(yùn)算的算法往往很耗時(shí)，如圖像處理領(lǐng)域。而光通過(guò)透鏡的過(guò)程，本身就是一次傅里葉變換的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程幾乎完全不需要時(shí)間。

3、光影交錯(cuò)間，全息技術(shù)是如何一步步發(fā)展成今天這樣的？  （點(diǎn)擊閱讀）

首先要明確一點(diǎn)，全息和3D顯示不存在誰(shuí)包含誰(shuí)的問(wèn)題，他們是有交叉的兩個(gè)概念。

之所以媒體和大眾往往將兩者混為一談，是因?yàn)槿⒓夹g(shù)的確是很有前景的一項(xiàng)3D顯示技術(shù)，而且也是中學(xué)教科書(shū)中著重提到過(guò)的“未來(lái)”科技，才讓大家印象深刻（當(dāng)年我就是因?yàn)檫@個(gè)，義無(wú)反顧地選擇了光學(xué)工程專(zhuān)業(yè)）。但實(shí)際上除了全息之外，還有許多其他技術(shù)都可實(shí)現(xiàn)3D成像，與全息技術(shù)相比，各有利弊。甚至不少技術(shù)會(huì)先于全息技術(shù)發(fā)展起來(lái)，走入大家的生活。

是否可以通過(guò)某種方式，將光線的強(qiáng)度信息和相位信息同時(shí)記錄下來(lái)呢？這就是“全息”思想的來(lái)源。

全息術(shù)最核心的是需要有記錄物體相位的全息圖，可以通過(guò)衍射過(guò)程再現(xiàn)物體。這個(gè)全息圖可以通過(guò)干涉方法、利用干板記錄，也可以是利用CCD/CMOS記錄，甚至可以是通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到。若是沒(méi)有全息圖的存在，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，就不能夠稱(chēng)之為全息顯示。

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