法布里-珀罗谐振腔原理:两面镜子如何选频率
激光器最核心的谐振腔,本质上是两面平行的高反射镜。为什么只有特定频率的光能在其中"存活"并被透射出来?本文从共振条件和多光束干涉出发,推导 FP 腔的 Airy 透射函数,讲清自由光谱范围与精细度两个选频指标,再看它在激光选模、光谱分析与高精度测量中的角色。
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激光器最核心的谐振腔,本质上是两面平行的高反射镜。为什么只有特定频率的光能在其中"存活"并被透射出来?本文从共振条件和多光束干涉出发,推导 FP 腔的 Airy 透射函数,讲清自由光谱范围与精细度两个选频指标,再看它在激光选模、光谱分析与高精度测量中的角色。
一片超表面透镜只能把正入射光聚到衍射极限,光线一斜焦斑就变形。本文解读 Arbabi 等 2016 年 Nature Communications 论文:用两片超表面组成"双合透镜",校正彗差与像散,做出 f/0.9、视场大于 60°×60°、近衍射极限成像的微型平面相机,并直接与 CMOS 图像传感器集成。
为什么偏振太阳镜能看清水下?答案藏在“光是横波”这件事里。本文从偏振的定义讲起,用马吕斯定律、布儒斯特角和双折射把偏振片、水面反光与液晶屏幕串成一条完整的因果链。
标准量子层析要测多少次才能弄清一个多光子纠缠态?如果改用"阴影层析",能不能少测几个数量级?本文解读 An 等 2024 年 Nature Communications 论文:一片 210 微米的超表面把六方向偏振投影做进一个固定装置,让多光子纠缠态的高效表征变成一块玻璃片的事。
一片厚度只有 150 nm 的二硫化钼超表面,如何在不需要相位匹配的情况下把 1550 nm 红外光变成 775 nm 可见光,并且只从一个零级衍射束发射、还能在正反方向之间切换?本文深度解读 Nauman 等 2021 年 Nature Communications 论文,讲清 Mie 共振增强、非线性源位置与单向发射切换的物理。
一块玻璃为什么单面就反射约 4% 的光?为什么反射率随入射角变化、还会把光变成偏振光?本文从菲涅尔公式出发,推导垂直入射反射率与布儒斯特角,解释反射相位突变如何支撑增透膜,并串联增透膜、布儒斯特窗与偏振分光三组应用。
白光经过三棱镜为什么会被展开成红橙黄绿蓝靛紫?答案是同一介质的折射率随波长变化。本文从斯涅尔定律出发,用一组教材数据和洛伦兹振子图像,把棱镜分光、正常色散、阿贝数与光纤色散串成一条因果链。
从散射截面正比于波长的负四次方这一条规律出发,把天空为什么是蓝色、夕阳为什么是红色、散射光为什么是偏振的、云为什么是白色的这四个现象统一解释清楚。
从薄透镜的聚焦规则出发,用三条特征光线推导成像公式 1/f=1/u+1/v,解释实像与虚像、放大率与三种典型物距,并落到眼睛、相机和放大镜的定量工作方式。
解读 Nature Communications 2024 年一篇代表性论文:用 12×12 光纤阵列加一片毫米级硅超表面做成光束分束器,把 120° 视场分成 144 路彼此独立的通信光束,靠波分复用把单路推到 200 Gbps、整机容量超过 28 Tbps,再用偏振复用实现无盲区、无串扰的室内全覆盖。