| cyqdesign | 2021-01-15 12:14 |
使用世界上最快相機(jī)對(duì)光學(xué)混沌進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)然后，有一些事情使人們無(wú)法輕易預(yù)測(cè)：颶風(fēng)在沒有預(yù)警的情況下改變了方向、飛濺在噴泉中的水、從一棵樹上生長(zhǎng)出來(lái)的優(yōu)美的樹枝無(wú)序。 這些現(xiàn)象和其他類似現(xiàn)象可以描述為混沌系統(tǒng)，并且以表現(xiàn)出最初可預(yù)測(cè)的行為而著稱，但隨著時(shí)間的流逝變得越來(lái)越隨機(jī)。 由于混沌系統(tǒng)在我們周圍的世界中發(fā)揮著重要作用，因此科學(xué)家和數(shù)學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直在尋求更好地理解它們。現(xiàn)在，加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程系A(chǔ)ndrew和Peggy Cherng的Bren教授，加州理工學(xué)院的Lihong Wang開發(fā)了一種新工具，可以幫助完成這一任務(wù)。 在最新一期的《科學(xué)進(jìn)展》中，Wang描述了他如何使用自己設(shè)計(jì)的超快相機(jī)以每秒10億幀的速度錄制視頻，以觀察激光在專門設(shè)計(jì)為引起混沌反射的腔室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。  Wang說(shuō)有些空腔是非混沌的，因此光的傳播路徑是可以預(yù)測(cè)的。但是在當(dāng)前的工作中，他和他的同事們已經(jīng)使用那臺(tái)超快相機(jī)作為研究混沌腔的工具，每次重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，光都會(huì)以不同的路徑傳播。 該相機(jī)利用了一種稱為壓縮超快速攝影（CUP）的技術(shù)，Wang在其他研究中證明了這種技術(shù)能夠以高達(dá)每秒70萬(wàn)億幀的速度進(jìn)行拍攝。 CUP攝像機(jī)拍攝視頻的速度使其能夠在行進(jìn)時(shí)看到光-這是宇宙中最快的事物。 但是CUP攝像機(jī)還有另一個(gè)功能，使其特別適合研究混沌系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的攝像機(jī)一次拍攝一幀視頻不同，CUP攝像機(jī)實(shí)際上一次拍攝所有幀。這使攝像機(jī)可以一次性捕獲整個(gè)腔室內(nèi)的整個(gè)激光束混沌路徑。 這很重要，因?yàn)樵诨煦缦到y(tǒng)中，每次的行為都是不同的。如果攝像機(jī)僅捕獲了動(dòng)作的一部分，則永遠(yuǎn)不會(huì)研究未記錄的行為，因?yàn)樵僖膊粫?huì)以完全相同的方式發(fā)生行為。這就像嘗試拍攝一只鳥，但是使用只能同時(shí)捕獲一個(gè)身體部位的相機(jī)；而且，每當(dāng)這只鳥降落在您附近時(shí)，它都會(huì)是一個(gè)不同的物種。盡管您可以嘗試將所有照片組合成一個(gè)合成的鳥圖像，但那只鵝卵石將變成一個(gè)烏鴉的喙，鸛的脖子，鴨的翅膀，鷹的尾巴和腿。一只雞。不完全有用。 Wang說(shuō)，他的CUP攝像機(jī)捕捉光的混沌運(yùn)動(dòng)的能力可能為光學(xué)混沌的研究注入新的活力，光學(xué)混沌在物理，通信和密碼學(xué)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 他說(shuō)：“前一段時(shí)間這是一個(gè)非常熱門的領(lǐng)域，但是它已經(jīng)消失了，也許是因?yàn)槲覀儧]有所需的工具。實(shí)驗(yàn)主義者失去了興趣，因?yàn)樗麄儫o(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，理論家失去了興趣，因?yàn)樗麄儫o(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其理論。這是一個(gè)有趣的演示，向該領(lǐng)域的人們展示了他們最終擁有一種實(shí)驗(yàn)工具。” 描述該研究的論文名為“光學(xué)混沌的實(shí)時(shí)觀察和控制”，發(fā)表在1月13日的《科學(xué)進(jìn)展》上。 | |