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红灯停绿灯行: 热度 6 lixuekuan 2020-7-15 10:11; 漫步在楼下小区的200米葡萄长廊里，看到将要成熟的葡萄，总要在红色的葡萄下停一会，拍两张。路过绿色葡萄基本上都是不停通过。潜意识认为红色的葡萄是成熟的，绿色的葡萄是青涩的。实际上是品质问题，就是成熟了绿色的葡萄还是绿色的，不会变成红色。也许是开车的习惯，红灯停绿灯行。以下相当于红灯：以上的葡萄相当于红灯。以下相当于绿灯：以上相当于绿灯。; 个人分类: 美图欣赏|4038 次阅读|12 个评论

光比万物都更加微细: pingguo 2018-11-19 21:35; 蓉城的初冬，忽然有了寒意，如果只凭眼睛看，并不能确定已经是冬天。光照在树叶上，照在水面上，照在飞行中的鸽子的羽毛。树叶发出反光，水发出反光，鸽子的羽毛发出反光。我在这万里晴空的光里，若无其事地想起你，感觉到耀眼，感觉到迁移，感觉到时间的细节—— 一种有几分陌生的记忆。光线也有这样的细节，刻画或呈现。光比万物都更加微细。 2018-11-17; 个人分类: 诗歌|1590 次阅读|0 个评论

龙抬头: 张海霞 2017-5-8 17:16; 个人分类: 生活点滴|2884 次阅读|0 个评论

单光子不能折射只能直来直去: 热度 13 kiwaho 2017-4-30 12:08; 我的光学科普系列之一普通玻璃对光线的折射率大约1.5 ，然而，很多人未必知道：同样波长的单光子，无论穿过任何介质的交界面，都不会产生折射，而是直来直去。原因何在？难道费马大定律不适用于单光子？回答这个问题，需要理解折射现象的物理成因。一般光线，绝不会是单光子，而是或多或少具有一定程度的相干性的，至少体现在各零碎段长度内有相干。为使“老妪能懂”，干脆放弃晦涩的专业术语，不妨这样解释：形象地说，正是因为光子之间的相干性，使得前后邻近光子之间，形成了“准刚性联接”，当这虚“刚性构件”，斜插介质分界面时，因“侧向作用力”或“侧向相干力”，造成了光线的折射现象。有点像体育竞技中，投掷的标枪落地后的甩尾“折射”斜插入土。单光子就不存在这种相干力，因而只能直来直去。单光子很难获得，然而，就算是“足够稀疏的光子串”，稀疏到相邻光子之间相干性可以忽略不计，就不再发生折射现象。严格来说，单光子直来直去的说法也不严谨，而是随机散射，更贴切的说法就是Compton散射。当众多光子“手牵手”（相干）“过马路” （跨过两介质界面），Compton散射被抑制，折射自然产生了。康普顿因解释此现象于1927年获得诺贝尔奖，只不过他用的光子为X波段的高能光子，可与电子质量相若。人眼可视光子能量小得多，因而被散射的只能是光子，不像X光子那样，可使电子散射挪窝。除非绝对真空，否则，单光子或稀疏光子串，即便在均匀介质，也没法走直线。这个现象的哲学意义： 1、量变达到一定程度，就会引起质变，对应光子密度低到一定程度，就不按折射路径行进； 2、就像人多力量大那样，众聚势，势依众，对应光子多则熵减少、走大道，光子少熵增加、瞎转悠; 3、团结就是力量。相干意味着光子抱团前进，从而开拓出特色路径，散射无可奈何。正如资本家对付无背景的工人容易，碰到工会就屈服； 4、大样本才能客观反映潮流。其实，反射和折射现象，都是大样本光子集体行为的统计结果。孤光子没有统计意义。光线折射的Snell定律,同样适合其它中性粒子流，如中子流（折射率小于1）和中微子流（折射率大于1），波色子（整数自旋）或费米子（半整数自旋）都行。同理，单个中子，或稀疏中子流，也不会折射，仅能散射；中微子亦然。费米束流的透镜折射聚焦，面临Pauli不相容的挑战，而波色子束流，例如光线，则无此问题。该前沿课题正是我近期的研究重点。我猜想费米子聚焦后能简并成波色子，如果此魏氏猜想成立，则双中子、四中子、六中子，等偶数组合的零号元素的同位素应该存在。光线通过引力场时，即便不是经过两介质分界面，也会发生折射，这是受到侧向引力使然。换成单光子，此时也会折射。这也正是天文观察到的星球或黑洞透镜现象的解释。中微子线通过引力场时，折射效应比光线呈指数级增大，因为中微子好歹有静止质量，而光子静止质量理论值为零，但实际值可能趋于无穷小。可惜，中微子成像，无法用光学仪器观察。现有检测太阳中微子的设施，仅介质就可上万吨，一天也截获不了几颗中微子，唉！今天，刘华山老师写了一篇博文，批驳了经典折射定律背后的费马大定律的荒谬之处，但他没有认识到相干性才是折射的真实成因。参考文章：刘华山：经典折射定律之谬 http://blog.sciencenet.cn/blog-3259351-1052016.html; 7350 次阅读|35 个评论

向日葵，能不能晚上跟着光摇头？: 热度 1 zlyang 2015-9-4 11:00; 向日葵，能不能晚上跟着光摇头？张庆费，2015-09-03，昙花一现，奇葩芬芳 http://blog.sciencenet.cn/blog-578415-918254.html 里说：昙花的夜间开花习性也是一种生存适应策略，昙花原产美洲热带沙漠地区，气候干热。夜间开花，可避开阳光曝晒，而缩短开花时间，更可减少水分消耗，有利生存和繁衍。当然，利用“ 昼夜颠倒 ”的办法，即当昙花花蕾膨大时，白天遮光，夜间灯光照射，可以让昙花白天开放。请问：向日葵为什么会摇头？阴天，向日葵还摇头吗？能不能把向日葵也“昼夜颠倒”，夜间摇头？相关链接：中国科学院，向日葵 http://www.cas.cn/kxcb/kpwz/201105/t20110507_3128799.shtml 中国植物志第75卷，向日葵属 Helianthus L. http://db.kib.ac.cn/eflora/view/search/Chs_contents.aspx?CPNI=CPNI-178-037386 78. 向日葵属——Helianthus L. L. Sp. Pl. 904. 1753; Benth. et Hook. f. Gen. Pl. 2: 386. 1873; O. Hoffm. in Engl. et Prantl. Pflanzenf. 4, 5: 235. 1897. 一年或多年生草本，通常高大，被短糙毛或白色硬毛。叶对生，或上部或全部互生，有柄，常有离基三出脉。头状花序大或较大，单生或排列成伞房状，各有多数异形的小花，外围有一层无性的舌状花，中央有极多数结果实的两性花。总苞盘形或半球形；总苞片2至多层，膜质或叶质。花托平或稍凸起；托片折叠，包围两性花。舌状花的舌片开展，黄色；管状花的管部短，上部钟状，上端黄色、紫色或褐色，有5裂片。瘦果长圆形或倒卵圆形，稍扁或具4厚棱。冠毛膜片状，具2芒、有时附有2-4个较短的芒刺，脱落。本属约有100种，主要分布于美洲北部，少数分布于南美洲的秘鲁、智利等地，其中一些种在世界各地栽培很广。本属有许多重要的经济植物。除向日葵 H. annuus L. 和菊芋 H. tuberosus. L. 这两种著名的特用作物外，在我国还有不少已经引种栽培的观赏植物。其中最主要的有绢毛葵 H. argophyllus Torr. et Gray、瓜叶葵 H. cucumerifolius Torr. et A. Gray、狭叶向日葵 H. angustifolius L.、毛叶向日葵 H. mollis Lam. 及其心叶变种 var. cordatus Bailey、千瓣葵 H. decapetalus L.、糙叶向日葵 H. maxillianii Schred.、黑紫向日葵 H. atrorubens L. 等。在本志中，仅述2种最重要的经济植物。; 4975 次阅读|1 个评论

光线与构图（牛顿苹果花）：2013傻拍（15）: 热度 6 zlyang 2013-5-2 13:04; 光线与构图（牛顿苹果花）：2013傻拍（15）名树继续傻拍（今天上午9:30左右）。戎可老师指教：“把图缩小到宽度620像素 ”。什么是“使用光线”？什么是“构图的艺术感”？比上次（中午拍摄，阳光直射）有改进吗？有较好的吗？请帮俺挑出来留下。感谢您的技术指点！（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）相关链接：《牛顿苹果花：2013傻拍（13）》 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=107667do=blogid=685087; 4301 次阅读|24 个评论

这些光线真迷人啊: 热度 15 zhangyuxiu 2012-12-16 10:25; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15; 3771 次阅读|37 个评论

红得发紫的科学: 热度 19 fs007 2012-12-10 08:06; 寻正在中国的传统文化中，以黄色最为尊贵，大概物以金贵，随之金黄色成种各种颜色身价之最，可能皇黄同音，让天家起独享垄断之心，黄色成了禁色，对于普通人家，是要敬而远之，不然有杀家灭族风险的。余下诸色中，就以紫红为贵。要祝贺别人富贵发达，就愿他们大红大紫。这种说法起源于中国唐朝时期以色区分官服品级，五品见红，三品发紫，形容某人官场得意，就说他红得发紫，因为五品是浅红，进一品变深红，再进一品就发紫了。紫色在诸色中享有尊崇地位是一个普适于中西各方的现象，在古罗马帝国，紫色就是贵族的标记。这种以紫为尊的文化是有经济基础的，那就是古代紫色的成本高于其它染色，紫色需要由红色与蓝色混合而成。你能读到本文，你必定用电脑，电脑显示屏就是用红色与蓝色混合而达到紫色的效果。紫色的RGB（即红绿蓝）强度分别为143，0，255，这里的255是最大值，0是原色的最小值。一个好的画家对色彩会有异乎寻常的分辨能力，普通人则可能难区分那些细微差异。比如肯定不好人对更紫一点的色彩未必区分得出来。这种更紫的颜色是如何调出来的呢？在紫色中把红色增加到159，这称为极紫色。这是一种细微变化，因为如果再把红色增加并不更紫，而上与红色接近了，比如把红色加到200，就变成了紫红色。有人认为这样的紫红色才算纯粹，它是通过减低蓝色，增加点绿色实现的，RGB值为125，38，205 。不过，这样的颜色在我看来总是跟紫色差不多。我们知道牛顿用三棱镜把阳光分解成了一个连续的色谱：红橙黄绿青蓝紫（见图一）。图一、自然光分解色谱我们知道人的三原色分别为红绿蓝，分别代表着三种不同的视觉感受细胞【注1】，即视锥细胞的最敏感色彩。而色彩则代表着这三种视觉感受器的综合刺激，比如它们受到同样程度的刺激，我们就产生白色（如果强度低则为灰色），而不同程度的刺激就产生其它色彩。一般示意图如下：图二、人的三种视锥细胞光敏感度分布曲线字母指波长：L=红色（长）；M=绿色（中）；S=蓝色（短）（源：英文维基）这个示意图的一大挑战就是如果紫光比蓝光波长还要短，它激动S有效度要显著高于其它两种感受器，那么它应当呈蓝色，而不是介乎蓝色与红色之间的某种颜色。因此，有人提出了三原色应当是红绿紫，蓝色反而是紫色与红色的混合。图三、色彩视觉原理的红绿紫模型（见 http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/violet.htm ）其实这一模型如果把视觉曲线复印到色谱上则更为一目了然：图四、色谱、波长、与三种视感受器的光敏感度（源：英文维基）其实不只是蓝色被误标注了，三种视感受器都并不完全地跟红绿蓝相合，这是为什么这些曲线分别被命名为LMS（长中短）的道理，但由于红绿蓝三色混合原理文为人知，这些曲线可能被加注上红绿蓝三种颜色。这样的解释可以理解所有混色的形成与对等性，但并不能解释为什么用蓝色与红色可以混合出紫色来。紫色比蓝色处于更极端的位置，按这个数学模型，紫色应当激动的是S感受器，而同时不激动L与M感受器，而蓝色反而是激动了S感受器，同时低强度地激动了M与L感受器。我们常用的RGB色彩系统起源于国际照明委员会在1931年提出来的模型。这个模型给了L（即红色）感受器在紫外线区间一个冒泡的机会。图五、国际照明委员会标准色彩配比曲线根据这个模型，紫色段的光刺激S感受器，同时微量刺激M与L感受器，但L感受器显著超过M感受器。如果我们把红色混入强烈的蓝色，就能达到紫色段光所产生的效果，所以产生紫色。数学模型并不能取代现实。如果你仔细观察，你会发现无论是图一，还是图四，你都能把图形剪下来，然后首尾粘合在一起，组成一个循环，那么红得发紫就是一个不可避免的趋势，国际照明委员会冒的那个泡就完全没有必要了。红得发紫，还真是一个有趣的历史巧合。【注】 1. 绝大部分人都是三色动物，但部分女性可能有四色能力，使得她们有超常的色彩分辨能力。其主要原因在于编码L与M视蛋白的基因位于X染色体上，人的这些视蛋白，尤其是M，可能有较大差异，人群中估计2-3％的女性有超色觉能力，同时男性则更易于发生色觉障碍，因为他们只有一个X染色体。; 个人分类: 科学普及|20695 次阅读|21 个评论

那点光线，那点线条: 热度 29 lixuekuan 2012-10-11 11:08; 据报道，9月份太原空气质量一级天数达到22天，创下自有环境空气质量检测以来单月一级天数最高纪录。其它是二级空气质量，没有3三级以上的污染天气出现。真的有那么好？感觉这两年太原的空气质量是越来越好，蓝天白云天气明显增多，但一个月没有三级以上空气很难想象、也很难做到。今年9月太原做到了，难得。太原的取暖季节马上就到来，以前北方大城市的冬天房间里暖和是以牺牲空气质量为代价的。这些年尽管集中供暖取得了很大成就，可城中村、城边乡村取暖造成的污染不可小视。机动车大量的增长与城市堵车造成的尾气污染也在快速增加。中国北方城市改善冬天空气质量任重道远。还是913拍彩虹那天的照片，那天空气质量真好。 1 2 3 4 5 6 7 8; 个人分类: 生活点滴|4869 次阅读|97 个评论

总有一首适合你的女友(六): 热度 3 fengzhigu123 2012-6-8 13:37; 无题之六作者:曹文得用尽我前世的小心求今生与你一面缘是隐的月光，果敢牵着线又是谁家晚风飘曳任那秋尽，看那冬尽刚闻得一声嘻嘻又紧念楞严法咒以下图片揭露光线之美(均来自网络,特此致谢); 个人分类: 杂言杂语|5596 次阅读|4 个评论

[转载]COMSOL Multiphysics加速光处理器设计进程: NathanUFO 2011-2-26 11:40; 序言：和普通的铜线相比，光纤传输具有信息量大、噪声低、速度快等众多优势。在短短的几十年里，光纤元器件和系统就已经燃起了人们对世界互联的期盼。这些系统要实现广泛应用，需要有成本低、集成度高的光处理器，来实现光信号的控制和光电信号的相互转化，实现光电领域的对接。值得庆幸的是，随着光处理器的研发和制造水平的不断进步，大规模商业化应用指日可待。最有希望的处理器将有望通过在SiO 2 、Si、SiGe半导体制造业原有基础上的革新来实现。但是为了成功的研究和制造这些器件，研究人员需要能满足光处理器特有性能分析的高端设计工具。作为光处理器领域的先锋企业，加拿大著名光通信公司Enablence (Kanata, Ontario, Canada, www.enablence.com )成功引进了COMSOL Multiphysics软件，并在工作实践中证实了COMSOL Multiphysics的应用价值。事实说明，COMSOL Multiphysics开始逐渐确立在光处理器设计领域众多工具中的领跑者地位。图 1 Enablence 公司的Serge Bidnyk博士利用COMSOL Multiphysics优化光处理器设计在基于平面中阶梯光栅技术的集成光学元件设计和制造领域，Enablence公司被誉为全球领先企业。该公司的开创性光学平台通过改进中阶梯光栅的大小、性能、和可伸缩性等成功降低了光网络的成本。并利用在材料领域、器件设计、晶片制造和产品包装等各个领域的专业储备打造他们特有的“光路”。高集成度的光学芯片 Enablence公司通过在常规Si、SiGe半导体制造业中的革新，利用开创性光学微型平台生产出低成本、高性能的集成芯片。微型化的集成电路片可以提高光器件的集成度，利用普通光学技术在一个晶片上只能集成5~30个芯片，而LNL公司可以在同一晶片上集成高达3000个芯片（如图2）。这些微型芯片的尺寸减弱了晶片的缺陷和不均匀性带来的影响，大大提高了生产效率。此外，这些微型型器件在晶片尺度上提高了光学元件的集成度，降低了集成成本，而集成成本是光学和光电产品生产成本中最重要一个因素。图2 半导体片中包含着数千个光处理器。图片中有三个器件，每一个区域面积33x10mm，按照堆栈排列。最上层和最下层器件是40通道解复用器，中间器件是这三个器件的中枢控制器。微型化的器件不仅尺寸小，还具有极强的处理信号能力。Enablence公司的芯片的主要目标之一就是实现在光域中多信息处理，而不再通过光电转化装置转换成适于在商用计算机和娱乐设备中使用的电信号。在光域里，信息处理速度要远大于电域中的处理速度。这些微型器件可以处理每个光通道传输速率超过40GHz的模拟和数字信号。设计工程师们希望通过这些微型器件增加光系统的带宽来传输高清电视和其他宽带信号，而对于传统的器件来说会产生瓶颈进而降低光骨干网的传输速率。另一个瓶颈存在于高容量的骨干网和终端设备之间。而利用成本低廉的光芯片，就很容易实现把宽带信号传输到用户家中，而用拨号连接和DSL是无法想象的。这样的光处理器可以同时处理多项任务，主要对不同波长的光进行分离和耦合，使得它们可以共享一个光链路。在电系统中，使用激光器和调制器首先把电信号转化成光信号，然后利用光端机把多路分立的光信号耦合成一路密集光信号。最后，利用光处理器解复用信号后再分别处理。另外，与光滤波器过滤不同频率信号的噪声类似，光处理器为光通道的增删和权衡提供了很大的便利空间。图3三个主要部分组成的典型光器件的有限元网格图。中心的波导核心被盖层和高折射率的填充材料包围，光波从光核心通道里通过。每个通道可以容纳传输速率高达40GHz的光波。 Enablence公司生产的器件包括多路解复用器、梳妆滤波器、交织器等器件。器件包括基底、波导核心、盖层以及填充材料，几何尺寸在几十厘米左右（如图3所示）。10 x 30 mm大小的器件可以处理40个光波导核心，每一路可以传输40GHz信息带宽，每个光链路的带宽就可以达到1.6T比特，远远超出电系统中的容量。由于构成器件的原材料之间具有很大的折射率差，所以当这些器件的尺寸越小，就越难得到需要的光学特性，这成为器件设计和制造中一个主要的挑战。引入中阶梯光栅设计和制造密集波分复用（DWDM）光处理器有很多方法，而Enablence公司采用中阶梯光栅这项独创技术。和普通的光波导光栅相比，中阶梯光栅具有尺寸小的优势。另外中阶梯光栅可以使用光刻技术制造，对栅面和栅盒的形状要求也比较低，这对实现特定功能的定制设计提供了很大的空间。近似6x6um光波导核心具有很高的折射率，远远高于周围的包层材料，就形成了一个光波导管。特定频率的光从核心中通过有很多种方法，取决于光在通道壁上的反射方式，而每种方式代表着光的一种模式。一种颜色的光可能具有20~30个模式，每种模式具有特定的强度分布和传播速度。对设计者来说，确定在波导中可以持续存在的本征模式是非常重要的。COMSOL Multiphysics在本证模式计算方面起到了关键作用。设计平面光波电路首先要分析波导模式结构，以及光在波导中的分布。要计算沿着光波导的传输特性，需要求解具有特定复介电常数张量的Maxwell矢量波方程。除了具有折射率分布的复杂几何截面外，还需要耦合6个参数分量（包括三个电场和三个磁场分量），这给矢量波方程的求解带来了极大的挑战。任意形状波导建模 Enablence公司的Serge Bidnyk博士使用COMSOL Multiphysics创立了一系列基于有限元方法的算法，其中包括吸收、周期、金属和磁性等边界条件，并成功模拟了任意形状的波导。设计的模型结构可以很复杂，他想通过模拟通过核心的任意光强度分布，来获得器件的特定传输频带特性。设计和模拟紧密结合的一体化平台，是COMSOL Multiphysics吸引Serge Bidnyk博士的一个重要因素。他编写了一个基于Matlab语言的算法来生成多种多样的器件几何模型，对于每一个几何模型，Matlab都会调用COMSOL Multiphysics通过对波导模式和传输参数的计算来评价器件的性能。在典型的器件仿真中，他使用了4000网格建立了截面模型，来进行横向模拟和本征值分析。COMSOL Multiphysics求解一个几何模型的本证模式大概需要两分钟的时间，这就意味着Bidnyk博士运行完上千个模型需要一到两天的时间。能把几何模型的性能模拟和优化集成在一起这一特性也引起了Bidnyk博士的极大关注。“我不能真正的去考虑使用任何其他工具，是因为其他的工具不像COMSOL Multiphysics可以集成模拟和优化这两个功能，这可以节省大量的时间。” Bidnyk博士在他的计算程序中添加了自适应网格划分功能，可以很好的处理任意几何形状和折射率差的波导，即使模型中包含非常薄的层或者混合核心。COMSOL Multiphysics可以通过变量控制网格大小对于任意形状波导的模拟是非常有用的。如果网格大小固定，就不能深入了解器件几何模型中某些小的区域的光学性质。而网格的自适应划分功能，就可以很容易的获得任何单元的特性。例如，在器件上表面的金属电极虽然厚度佷薄（20~200nm），但是它却因为能影响波导核心中光的性能成为模型中非常重要的部分。图4 COMSOL Multiphysics 计算的光导核心中已知频率光波的模式分布图。设计者可以通过优化几何形状消除双折射效应，并找到最佳传输参数的光波模式。图中反映了近似真实的边界条件的设置方法。周期边界条件也是需要考虑的问题。器件中包含着大量的彼此相邻的波导核心横向穿过器件，由于内存和计算时间的限制，只能对其中小部分区域进行详细的模拟（如图4所示）。Bidnyk博士利用COMSOL Multiphysics把边界都设置成类似镜子功能的边界条件，近似的模拟实际器件中核心的功能。因为核心距离器件的边界足够远，边界的影响可以忽略，所以这个近似符合真实的情况。而使用其他的软件他很难找到模拟这种情况的方法。解析矢量描述的相关现象 Bidnyk博士利用COMSOL Multiphysics成功的分析了平面波导中最重要的问题之一：双折射问题，体现了COMSOL Multiphysics的另一个关键优势。大部分类似的仿真代码尝试使用标量函数来处理Maxwell方程，然而电场和磁场却是矢量。Bidnyk博士实际上也是想采用的基于矢量研究方法。值得庆幸的是COMSOL Multiphysics可以进行全矢量分析。在COMSOL Multiphysics软件的帮助下，他开始研究矢量相关的问题，比如电磁场的耦合以及相互作用。特别是，他需要研究偏振态。在光纤传输的过程中光的偏振态会发生变化，所以他想设计一个器件来控制光的偏振，并能同效的控制任意的偏振态。 Bidnyk博士把有限元算法推广到各项异性材料光模式的计算中。可以对波导中机械应力进行分析，进而也可以模拟在不同的生长和退火温度下材料的生长加工过程。并能精确的求解平面光波导中的平面应力双折射。实际上，Dr. Bidnyk说，“在光学性能计算中存在的最大问题是双折射，影响了光学性能的计算能力。”双折射是光波导材料的一个参数，在不同的偏振方向具有不同折射率。双折射与材料生长过程有着密切的关系，特别是热晶片材料变冷过程中产生的应力。相比之下，波导核心几何参数与双折射有着密切的关系，是设计者可以控制参数之一。COMSOL Multiphysics在这个方面有着非常大的应用空间。软件对光分析是基于矢量，可以得到双折射的完全描述。使用COMSOL Multiphysics结构力学模块，可以预测器件的双折射参数，进而可以获得波导核心合适的几何形状，来补偿固有双折射的影响，从而设计实现偏振不敏感的器件。一旦他找到了一个合适的光学层几何形状，就可以用软件来模拟器件的参数。例如设计者可以使用器件上层的金属层来实现折射率改变，通过盖层加热来实现核心材料的微小改变。设计者可以利用金属电极对光性能的影响，实现光电转换。 COMSOL Multiphysics在对热效应和电机械响应联合求解方面，也表现出很强的能力。对于多物理场的处理，除了用来求解热场、电场、磁场和结构耦合问题，他也用来模拟极端几何形状和近截断条件下的问题。复数域求解在这些器件中另一个重要的控制参数就是对光波的减弱和增强程度。这就突出了COMSOL Multiphysics全矢量场分析和折射率复数描述的能力。Bidnyk博士通过分析折射率的复数部分来预测损耗。器件工程师可以通过在材料生长过程中掺杂来改变对光波的减弱和增强参数。他就可以设计对光具有不同程度减弱和增强作用的波导核心。“和一些软件包不同，COMSOL Multiphysics具有复数计算的能力，我的算法因此可以计算任何形状的核心的减弱增强作用。” 很多具体的模拟没有包含在COMSOL Multiphysics预置的标准模型中，Bidnyk博士不得不从最低级、最详细的水平利用软件建模计算。因此，在刚开始学习时花费了相当多的时间。跨过COMSOL Multiphysics的图形界面，他直接使用API来进行计算。利用这种一般的形式，他可以使用软件中全部特性和参数的接口，他这样评价，“没有任何软件可以像COMSOL Multiphysics这样让我如此近的接触到仿真引擎”。使用这种能力，如同控制计算网格的局部密度一样，他成功实现了在每条边界上的电磁场参数定制。与此同时，包括Enablence在内的各种各样的公司，在通信产业中使用了这些技术来设计光波导。这些光波导材料涉及GaAs/AlGaAs, InP, LiNbO3, Si/Si, SOI,金属和聚合物，这些材料在折射率的虚部上都具有很大增益和吸收值。; 2908 次阅读|0 个评论

光线的作用: lixuekuan 2010-12-12 20:45; 周末两天被关在晋祠宾馆两天（首先申明不是双规，因为不是党员干部，不够双规），刚刚回到家。周六是在房间看材料，上午看了一小时，眼睛有点累。站在窗户前看看远方，休息一下。冬天的景色是荒凉的，但光线很好，拿出小DC拍了一张。因为不让出去，后面干脆眼累了就在窗前拍一张，直到太阳被楼房彻底挡住。中午吃饭又睡了一小觉，起来开了半小时会，继续看材料又拍了两张，不同时间前后共拍了5张。这5张照片可以看出光线对照片的重要性。拍照的时间在照片的左下角。; 个人分类: 美图欣赏|4568 次阅读|11 个评论

[转载]令人叹为观止的电摄影术:动物身上发出的神秘光线: sheep021 2010-9-20 20:46; 令人叹为观止的电摄影术:动物身上发出的神秘光线　Electric Photography 电摄影术; 个人分类: 生活点滴|668 次阅读|1 个评论

引力透镜和弯曲的光线: jiangxun 2010-8-24 09:58; 作者：蒋迅 1919年11月6日下午，在伦敦的古皇家学会总部的优雅会议室里，欧洲最重要的物理学家和天文学家聚集在这里仔细地听着两位著名学者克罗姆林 ( Crommelin ) 博士和爱丁敦教授 ( Eddington ) 描述他们在巴西沿海和西非沿海的最新的观测的研究结果。他们选择了一些平时只有在黑天才能观测到的星星，然后在日食发生时拍下了一些它们的照片。这看起来似乎很平常，但是当他们检查这些照片的时候，他们发现，它们的位置并不是在它们应有的位置上，而是好像突然跳到一边去。当然这是不可能的事情。但他们的观测却证明这实实在在地发生了。地球上或者宇宙中发生了什么呢？这时在听众中有一个人对这样的结果一点儿不惊讶，他就是爱因斯坦 ( Einstein ) 。事实上，他感到无比的放松和喜悦。爱因斯坦早在他们观测之前就已经知道他们将会看到什么。早在1915年爱因斯坦就断言，当来自遥远的星球的光线从太阳边掠过时，光线会发生弯曲。对于地球上的观测者来说，这就好像遥远的星球移动了似的。爱因斯坦甚至预测了星球移动的距离。这个示意图跟当年爱因斯坦画的草图几乎完全一样现在，爱因斯坦的理论被称为广义相对论 ( general relativity )。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系，其联系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。作为广义相对论的一个应用，它可以说明光线在引力场中的偏折会形成引力透镜 ( gravitational lens )现象，这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像。这就是克罗姆林和爱丁敦报告的结果。爱因斯坦十字引力场中光线的偏折效应是一类新的天文现象的原因。当观测者与遥远的观测天体之间还存在有一个大质量天体，当观测天体的质量和相对距离合适时观测者会看到多个扭曲的天体成像，这种效应被称作引力透镜。受系统结构、尺寸和质量分布的影响，成像可以是多个，甚至可以形成被称作爱因斯坦环的圆环，或者圆环的一部分弧。最早的引力透镜效应是在1979年发现的，至今已经发现了超过一百个引力透镜。其中比较有意思的一个就是1985年发现的“ 爱因斯坦十字 ( Einstein cross )：同一个天体在引力透镜效应下的四个成像”。在爱因斯坦十字中，背景光源是距离地球80亿光年的一个类星体，而产生引力场的是其正前方距离地球约4亿光年的另一个星系。类星体的光线因引力透镜效应形成四重影像，对称分布于前景星系的核心四周，与其组成一个近似的十字形，故此得名。还有一个叫做爱因斯坦环 ( Einstein ring )。这是指一种由于光源发出的光线受到引力透镜效应的影响，而使观测所得的光源形状改变的现象。第一个完整的爱因斯坦环是在1998年由曼彻斯特的天文学家利用美国航天局的哈勃空间望远镜 ( Hubble Space Telescope )观测到的。它的直径都可以用数学表达式写出来：这里， G 是引力常数， M 是透镜的质量， c 是光速， d L 是到透镜的角直径距离， d S 是到光源的角直径距离， d LS 是从透镜到光源的角直径距离。不过，观测象爱因斯坦十字和爱因斯坦环这样的天象并不容易，尽管人们已经知道它们的位置。本人认为，哈勃空间望远镜是美国航天局最意外成功的项目，也是全世界天文学家合作的典范。2009年5月，美国航天局派遣七位美国宇航员搭乘亚特兰蒂斯号航天飞机对哈勃望远镜进行了维修和更新，经过几个月的调试，航天局在9月9日公布了哈勃望远镜反馈回来的一些新照片，以证明更新设施对它的功能卓有成效。其中一张照片显示有一组星云呈现龙体形状，整个星云为狭身形，并有尖细的尾巴。我在“ 宇宙中的两个龙状星云 ”一文里介绍过它。在浩浩太空中怎么会有这样的天象呢？ Abell 370星系团中的龙状星云原来，这个龙状星云位于 Abell 370 星系团中，距离太阳系有50亿光年。龙状星云其实有一点欺骗人类的眼睛。Abell 370星系团(菊黄色椭圆的那些) 产生了引力透镜效应，由于恒星的巨大引力而使光线弯曲，于是放大了背景中的星系。龙头 (红色的，其中有蓝色的恒星) 就是其中的一个星系。在龙头的上面有三或四个星系，它们实际上是龙头星系的镜像。 90年前，科学家们还只能在地面上借助于日食观测引力场中光线的偏折效应，相信爱因斯坦的断言的人屈指可数。而今天全人类都已经接受了广义相对论；四百年前第一架望远镜出现，而今天人类已经能够在太空中建设巨大的望远镜，把视野扩大到了数十亿光年之外的星体。类星体引力透镜 Source: http://www.astro.caltech.edu/~george/qsolens/ 2010年7月，第一颗类星体 (Quasar) 引力透镜被发现。上面的照片显示，一个星系被挡在了一个类星体的后面。由于这个类星体的引力作用，两个镜像分别出现在类星体的左右两边。; 个人分类: 航天|6970 次阅读|4 个评论

宇宙为什么是黑色的？: harmonism 2010-5-20 00:14; 宇宙为什么是黑色的？曾纪晴晚餐时，儿子问我：爸爸，为什么宇宙是黑色的呢？儿子从两三岁开始就特别喜欢看有关宇宙的图书和视频资料。通过电脑网络，看完了中央电视台的《斗转星移》。他还特别喜欢看教科文行动《探索宇宙》的 VCD 。不仅是关于宇宙的图书，还是各种影视资料，我们看见的宇宙本底都是黑色的。每当夜晚，我们仰望星空时，看见浩瀚的宇宙也是黑色的。只有在偏远的乡村，没有月亮的夜晚，我们才可以看到灿烂的银河。为什么宇宙是黑色的呢？我还没有想过这个问题呢。还好，现在有网络，似乎什么问题都能找到答案。原来这是一个著名的宇宙学问题呢！这个问题早在 400 年前就由德国天体物理学家开普勒提出来啦。 18 世纪的时候一个叫夏西亚科斯的人也提出过类似问题。 1823 年，德国天文学家奥伯斯提出了著名的奥伯斯佯谬，认为假如宇宙是恒稳态而且是无限的，那么晚上就应该是光亮而不是黑暗的。也就是说，天上的星星是无限多的，虽然光照强度与距离的平方成反比，但随着距离的增大星星的数量也成倍地增多，抵消掉了光强随距离而减弱的趋势，因此天空应该是光亮的才对。但事实上，夜晚的天空却是黑暗的。目前被接受的解释是：宇宙的年龄是有限的以及红移效应。我想，跟孩子没法讲清楚这些东西。况且，我自己也不觉得天文学家的这些解释就一定完全正确。我给孩子的解释依然遵循距离效应。宇宙中虽然有许多恒星，但是它们都距离我们太远了。我们可以假设，你拿一个手电筒远远地照向我，当你离开我很远很远的时候，我几乎看不见你的手电筒发出的光亮。那些遥远的星星之所以发出微弱的亮光，就是因为他们离我们地球太远太远啦！离太阳最近的恒星发出的光都要走 4 年多才能到达地球！光的速度是很快的，一秒钟就能走 30 万公里，这么快的光都要走 4 年多，你说远不远？我试图给儿子深入浅出地解释。很远啊！儿子说道。是啊，那么遥远的星星，它发出的光到达地球的时候就像是萤火虫那么一点亮了。那么，离它更遥远的星星呢？它们发出的光达到地球的时候可能就更加微弱了。离地球最远的星星大约是 130 亿光年，也就是说光都要走 130 亿年。那里恒星的光到达地球，我们肉眼根本无法看到。就像你拿个手电筒远远地照射我，我已经几乎看不见任何光亮了，假如有一个人站在你后面，离我更加遥远的地方向我打手电筒，我就完全看不到手电筒的光亮了。假如有很多很多人一个接着一个地站在后面，距离都不断加大，即使他们有无数的人，拿着无数多的手电筒向我照射过来，我同样还是看不见他们手电筒的亮光。这就是为什么尽管天上的星星非常多，我们晚上依然是黑暗的原因。我觉得我这个解释似乎行得通啊。不过，我不知道儿子是否认同我的解释。只见他若有所思，问道：爸爸，假如在月亮上建造一个比房子还大的手电筒，需要八千个人才能拿得动，会怎么样？哈哈，小家伙大约是嫌手电筒太小，不够亮啊，所以我才看不见亮光。其实啊，这不是光亮不够的问题，而是距离实在太遥远的问题。当距离无穷大的时候，即使光再强，最后都将减弱为无穷小。无限多个无穷小加起来如何？能够使得夜空明亮起来吗？ 2010-5-19; 个人分类: 天和之路：一个父亲的育儿日记|9089 次阅读|3 个评论

[转载]美科学家最新研究发现光线能够扭曲物质(图)

xupeiyang 2010-3-26 20:01

http://www.sina.com.cn 2010年03月26日08:33 新浪科技

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