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05 光物质 Light Matters(第6页)

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根据电脑或者互联网输出的视频信号来改变各个激光信号的强度——也许可以通过液晶单元的方式实现——那么色彩鲜艳、高饱和度的电影就可以投射到屏幕上。

红、绿、蓝这三色光的组合足以构成一个完整的调色板,而激光可以在屏幕上产生非常明亮的图像。

X射线

当光的波长非常短,属于光谱的X射线区域时,就会产生一种特定的光谱。

X射线的光子能量很高,不仅可以激发最外层的电子,甚至能激发原子中被束缚得最紧密的电子。

这意味着X射线可以用来观察原子和分子的核心,并了解它们所处的环境,由此,我们就可以改变电子结合能[3]。

X射线的吸收光谱技术在材料研究中有着广泛的应用,从检测微量污染物到研究玻璃的结构。

如第3章所述,X射线衍射法也被用来研究晶体的结构。

当X射线的波长接近于晶体中原子的间距时,晶体就充当了“衍射光栅”

,使X射线向离散的方向散射。

通过监测相机上的衍射图样,利用先进的反演算法重建高度复杂的晶体的三维结构。

从分离出的生物和化学分子中提取特征,确定可能的新分子结构,对比进行设计,从而实现某一特定功能,这在现在已经是一个常规的流程。

同步加速器可以为这种光谱技术提供最好的光源。

为了产生符合要求的具有短波长的X射线,同步加速器必须产生高能电子束,并且在一个环形轨道上对它进行加速。

随着电子的加速运动,实验站会捕捉到闪烁的光,这导致了短暂的X射线暴,可以用于衍射成像。

例如英国哈维尔的“钻石光源”

1(DiamondLightSource),电子束在一个超过半千米长的环内被加速至超过十亿伏特。

下一代X射线光源正在使用线性粒子加速器来制造,这种加速器可1 位于英国牛津郡,是英国第一台第三代同步辐射光源。

以产生极其明亮的X射线光束。

如图20所示的X射线衍射图就是用钻石光源拍摄的。

超短光脉冲

激光也能够以短脉冲的形式发出,方法不止一种。

能够产生最短光脉冲的方法称为锁模法。

锁模法要求增益介质具有较大的带宽,也就是说,它可以在比较宽的光谱范围内对光进行放大。

这使得光学腔内多个不同种类的激光都可以获得增益。

如果让这些不同种类的激光具有相同的相位,那么拥有不同频率的光波将在光学腔内叠加形成单个脉冲,并且在两面反射镜之间来回反射。

脉冲有多短取决于锁定的频率的数目——频率分布的范围越宽,脉冲越短。

超短激光脉冲的获得使得时间分辨光谱技术成为可能。

这种技术让我们得以利用闪频仪看到事物是如何随着时间变化的。

利用光来“定格”

快速运动的这一想法,可以追溯到19世纪末埃德沃德·迈布里奇(EadweardMuybridge)的工作。

他萌生了利用快速照相机快门来拍摄骏马奔跑的想法。

由于马的腿移动得太快,人眼无法进行分辨,以至于当时还无法分辨马在跨步的过程中四条腿是否在某一时刻同时离地。

为了解决这个问题,迈布里奇沿着跑道设置了许多相机,每一个相机快门都由一根横跨于跑道的线所操控,当马奔跑经过这些线时就会依次触发快门。

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