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Sandbox Physics

光线 · 干涉 · 成像

波与光学

跟随光线，穿过雨滴、透镜与干涉仪。

115 个实验

从这里开始

  1. 01

    彩虹

    主虹散射锥 · 霓与 Alexander 暗带

    13 分钟
  2. 02

    波的干涉

    叠加 · 相位

    6 分钟
  3. 03

    LIGO 干涉仪

    干涉测量 · 引力波

    15 分钟

浏览实验

115 个实验

  1. 波与光学

    两列波相遇以后

    波可以穿过彼此，为什么相遇处却会留下稳定条纹？

    6 分钟

  2. 波与光学

    用圆画出所有波形

    为什么一组匀速旋转，能够重建几乎任意周期信号？

    12 分钟

  3. 波与光学

    光穿过狭缝之后

    为什么狭缝越窄，光反而铺得越开？

    8 分钟

  4. 波与光学

    透镜如何改变光路

    三条主光线怎样共同决定一个像的位置和大小？

    7 分钟

  5. 波与光学

    用激光听见时空

    怎样把小于质子的长度变化，变成可以读取的信号？

    15 分钟

  6. 波与光学

    一道狭缝如何重画水波

    为什么缝越窄，透过的水波反而向更大的角度展开？

    9 分钟

  7. 波与光学

    厚透镜里的两次折射

    当透镜不再可以忽略厚度，薄透镜公式少算了什么？

    12 分钟

  8. 波与光学

    会流动的彩虹

    为什么无色透明、只有几百纳米厚的薄膜会显出不断流动的颜色？

    11 分钟

  9. 波与光学

    激光怎样在腔里建立

    什么样的波能在两面镜子之间反复回来并不断增强？

    15 分钟

  10. 波与光学

    光学界面探索器

    角度、偏振、速度和能量怎样在同一界面同时变化？

    11 分钟

  11. 波与光学

    镜中世界

    镜面移动时，观察者究竟能看到哪些虚像？

    11 分钟

  12. 波与光学

    镜面光路工程挑战

    能否用紧凑镜面网络导引光束，同时不丢失视场？

    13 分钟

  13. 波与光学

    曲面镜观测站

    镜面形状怎样移动焦点并改变轴外像质？

    13 分钟

  14. 波与光学

    焦散工厂

    一族平滑光线怎样坍缩成明亮的奇异包络？

    15 分钟

  15. 波与光学

    悬浮实像装置

    两面抛物面镜应怎样放置，才能形成看得见却摸不到的实像？

    15 分钟

  16. 波与光学

    费马驻值光路剧场

    为什么传播时间的驻值路径会同时给出反射、折射和弯曲光线？

    13 分钟

  17. 波与光学

    水下视觉观测站

    同一个平坦水面为什么会移动鱼的虚像、误导鱼叉、压缩整片天空并改变舷窗成像？

    11 分钟

  18. 波与光学

    窗玻璃重影观测站

    为什么出射光平行却发生位移，夜间窗户又为何产生重影？

    11 分钟

  19. 波与光学

    N-BK7 棱镜光谱仪观测站

    怎样用最小偏向把玻璃棱镜变成可标定的波长仪器？

    13 分钟

  20. 波与光学

    彩虹焦散观测站

    一颗水滴怎样同时产生主虹、霓和夹在其间的暗带？

    13 分钟

  21. 波与光学

    蜃景与绿闪观测站

    空气色散与给定热力剖面怎样把同一地平线弯成下沉、抬升与多重像？

    15 分钟

  22. 波与光学

    梯度折射率几何观测站

    同一个连续折射率场怎样在没有隐藏界面的情况下中继光线、全方向聚焦，或把平面曲线变成球面大圆？

    15 分钟

  23. 波与光学

    日食与凌日影锥观测站

    两个实测视圆盘如何用同一套几何生成点光源锐利影、本影、半影、伪本影、日食接触与凌日光变？

    13 分钟

  24. 波与光学

    照不到的房间

    一个镜面房间能否在多次精确反射后，仍让有限区域避开同一点光源？

    15 分钟

  25. 波与光学

    太阳聚光与 Étendue

    为什么被动聚光器不能把所有入射方向无限压缩到任意小的热点？

    15 分钟

  26. 波与光学

    照明与辐射度工作室

    光源大小、距离与表面角度怎样共同形成均匀照明？

    13 分钟

  27. 波与光学

    光线隐身挑战

    一个光学系统能否让光线绕过物体，再完整恢复背景？

    15 分钟

  28. 波与光学

    随机介质中的分支光流

    为什么弱而平滑的无序会把平行光聚成分支，而不是简单扩散？

    15 分钟

  29. 波与光学

    引力透镜望远镜

    像的位置、弧形与亮度怎样揭示不可见的透镜质量？

    17 分钟

  30. 波与光学

    薄透镜成像台

    三条主光线怎样定位每一个薄透镜实像与虚像？

    11 分钟

  31. 波与光学

    厚透镜设计器

    当曲率与厚度都可调时，薄透镜近似漏掉了什么？

    17 分钟

  32. 波与光学

    复合光学工作台

    一个矩阵怎样预测整套光学系统的成像、倍率与无焦行为？

    17 分钟

  33. 波与光学

    变焦镜头挑战

    移动镜组能否改变焦距，同时让像面保持固定？

    17 分钟

  34. 波与光学

    针孔相机

    真实针孔相机中，有限物距投影、孔径足迹、衍射与曝光怎样竞争？

    13 分钟

  35. 波与光学

    摄影光学游乐场

    在固定机位下，焦距与入瞳怎样改变取景、离焦、景深与衍射，同时不改变透视？

    13 分钟

  36. 波与光学

    镜头像差诊所

    哪一种光学修正能治疗对应的点列图症状，又不在别处制造更严重问题？

    17 分钟

  37. 波与光学

    变形宽银幕与柱面透镜

    互相正交的光焦度怎样只重塑一个图像轴而不聚焦另一个轴？

    15 分钟

  38. 波与光学

    人眼与视力矫正

    哪一种矫正能让不同屈光不正的视网膜点扩散函数重新集中？

    13 分钟

  39. 波与光学

    显微镜设计 Lab

    物镜、照明与探测器应怎样分配数值孔径，才能分辨微小物体？

    13 分钟

  40. 波与光学

    望远镜设计 Lab

    口径、光路结构与中央遮挡怎样决定望远镜能分辨什么？

    13 分钟

  41. 波与光学

    双筒望远镜棱镜系统

    四次反射怎样把视场转正，为什么无损屋脊仍会降低像质？

    17 分钟

  42. 波与光学

    远心测量相机

    模糊的像还能保持正确尺寸吗？截光何时会破坏这个保证？

    15 分钟

  43. 波与光学

    移轴与摇摆工作室

    倾斜镜头怎样旋转焦平面并重塑景深？

    15 分钟

  44. 波与光学

    光阑、瞳与渐晕

    哪个光阑限制孔径、哪个限制视场，它们的瞳又出现在何处？

    17 分钟

  45. 波与光学

    投影仪光学系统

    为什么增大光源不一定让屏幕更亮，倾斜屏幕又为何同时产生梯形形变与失焦？

    17 分钟

  46. 波与光学

    手机相机模组

    真实折叠、自动对焦、衍射、像素和镜组横移防抖，怎样在薄相机模组中相互制约？

    17 分钟

  47. 波与光学

    VR 头显光学

    为什么立体深度改变时光学焦平面仍可固定，而眼位稍移就会丢失显示角点？

    15 分钟

  48. 波与光学

    幽灵成像与抬头显示

    半透镜虚像究竟在哪里，明亮背景为什么会洗淡它，有限镜面又何时截掉它？

    13 分钟

  49. 波与光学

    光场相机与显示器

    同一份采集光线能否让前后景分别清晰，记录角度又会牺牲多少细节？

    15 分钟

  50. 波与光学

    相干波合成器

    相量、波前与探测器强度怎样讲述同一个叠加故事？

    11 分钟

  51. 波与光学

    Young 双缝实验台

    缝宽、缝距、相位与相干性怎样共同塑造一张条纹图？

    11 分钟

  52. 波与光学

    薄膜颜色工作室

    真实膜厚、入射角和偏振怎样让同一反射谱产生颜色？

    13 分钟

  53. 波与光学

    干涉表面测量

    条纹几何怎样揭示厚度、曲率与微小面形缺陷？

    13 分钟

  54. 波与光学

    Michelson 精密测量台

    怎样通过数条纹测量位移、波长与折射率？

    13 分钟

  55. 波与光学

    LIGO 干涉仪

    带功率回收的千米级干涉仪怎样把应变变成暗端口信号？

    17 分钟

  56. 波与光学

    Mach–Zehnder 传感器

    两个探测器能区分折射率变化、吸收与偏振标记吗？

    17 分钟

  57. 波与光学

    Fabry–Pérot 被动腔

    两面高反镜为何能全透光？损耗与储光寿命如何改变共振？

    17 分钟

  58. 波与光学

    Sagnac 光纤陀螺

    同一根光纤里的两束光怎样测出旋转？为何普通亮度分不清方向？

    17 分钟

  59. 波与光学

    分波前干涉仪合集

    不同虚相干源结构怎样改变相位、重叠区与可用条纹面积？

    17 分钟

  60. 波与光学

    低相干干涉与 OCT

    短相干门怎样把反射光变成具有深度分辨率的图像？

    15 分钟

  61. 波与光学

    恒星干涉测径

    条纹可见度随基线的变化，怎样揭示单台望远镜无法分辨的星盘？

    15 分钟

  62. 波与光学

    散斑实验室

    随机相干相位怎样产生具有可预测统计规律的颗粒结构？

    15 分钟

  63. 波与光学

    全息工作室

    只记录强度的平面怎样保留足够相位信息来重建三维波前？

    17 分钟

  64. 波与光学

    Moiré 与条纹计量

    粗大的条纹运动怎样放大并恢复微小位移或表面形状？

    15 分钟

  65. 波与光学

    波前传播 Lab

    一个场怎样从近场子波连续演化成远场衍射图？

    13 分钟

  66. 波与光学

    孔径衍射工作室

    画出一个新孔径，怎样重写它的整张远场强度图？

    13 分钟

  67. 波与光学

    晶体衍射与倒空间

    倒空间斑点与环怎样揭示未知的实空间晶格？

    17 分钟

  68. 波与光学

    衍射光栅光谱仪

    刻线数、blaze、狭缝宽度与级次重叠怎样决定光谱分辨率？

    13 分钟

  69. 波与光学

    衍射透镜工作坊

    环带位置与相位量化怎样交换聚焦效率和色散表现？

    17 分钟

  70. 波与光学

    Talbot 自成像地毯

    周期光栅为什么会在传播中重现平移或倍频的自身副本？

    15 分钟

  71. 波与光学

    光学 Fourier 处理器

    在 Fourier 面移动一个滤波器，怎样重写图像边缘、模糊与重复纹理？

    17 分钟

  72. 波与光学

    Abbe 分辨率实验室

    哪些空间频率必须进入瞳面，两个点或光栅线才会变得可分辨？

    13 分钟

  73. 波与光学

    成像传递函数 Lab

    瞳形与波前误差怎样变成模糊、对比损失和成像传递曲线？

    17 分钟

  74. 波与光学

    相位显微镜

    瞳面调制怎样把不可见的相位物体变成可见强度反差？

    15 分钟

  75. 波与光学

    Schlieren 流场观察器

    哪一种光学截断能让温度、密度与激波梯度显现？

    15 分钟

  76. 波与光学

    瞳面工程与日冕仪

    掩模与切趾器怎样压制恒星，同时不抹掉邻近行星？

    15 分钟

  77. 波与光学

    相位恢复挑战

    只有强度的测量能否在歧义与噪声中恢复复数场？

    15 分钟

  78. 波与光学

    编码孔径相机

    一张带图案的阴影怎样在没有传统镜头时编码场景？

    15 分钟

  79. 波与光学

    计算去模糊 Lab

    去卷积何时能恢复细节，何时只会放大噪声或模型误差？

    17 分钟

  80. 波与光学

    自适应光学天文台

    测得的波前斜率怎样驱动镜面，实时锐化被湍流破坏的恒星像？

    15 分钟

  81. 波与光学

    叠层成像 Lab

    重叠照明怎样让无透镜的振幅与相位重建成为可能？

    15 分钟

  82. 波与光学

    偏振态探索器

    强度、偏振椭圆、Jones 矢量与 Stokes 测量怎样编码同一个偏振态？

    13 分钟

  83. 波与光学

    偏振反光与天空

    为什么旋转同一片滤镜，会在不同方向压暗水面反光与蓝天？

    13 分钟

  84. 波与光学

    双折射晶体 Lab

    晶体取向怎样把一束光分成寻常光与非寻常光？

    13 分钟

  85. 波与光学

    波片与 Poincaré 球

    每一片延迟器怎样让偏振态沿 Poincaré 球上的确定路径旋转？

    13 分钟

  86. 波与光学

    旋光测量仪

    交叉检偏器怎样测定手性样品的浓度与旋向？

    13 分钟

  87. 波与光学

    光弹性应力观察器

    彩色偏振条纹怎样映射受载物体内部的主应力差？

    15 分钟

  88. 波与光学

    LCD 像素显微镜

    电压控制的液晶旋转怎样变成 RGB 亮度与视角漏光？

    17 分钟

  89. 波与光学

    全反射相位与 Fresnel Rhomb

    全反射在没有透射功率时，怎样产生宽带相位延迟？

    15 分钟

  90. 波与光学

    Faraday 隔离器

    为什么非互易旋转能让光正向通过，却在返回时把它拒绝？

    17 分钟

  91. 波与光学

    电光调制器

    电场怎样变成可控光学相位，再转成可测的强度调制？

    17 分钟

  92. 波与光学

    光纤从光线到模式

    全反射光线图像在什么时候必须升级为导模图像？

    13 分钟

  93. 波与光学

    光纤脉冲传播

    色散与 chirp 怎样让超短脉冲展宽、压缩或重塑？

    17 分钟

  94. 波与光学

    倏逝场定向耦合器

    间隙与相互作用长度怎样在相邻波导间转移功率？

    15 分钟

  95. 波与光学

    微环与回音壁模式

    环尺寸、损耗与总线耦合怎样形成尖锐共振凹口和循环场？

    15 分钟

  96. 波与光学

    光子晶体能带

    周期介电结构怎样产生带隙、缺陷态与导光通道？

    15 分钟

  97. 波与光学

    边界波隧穿 Lab

    倏逝场怎样跨过窄间隙，在全反射之外恢复透射？

    15 分钟

  98. 波与光学

    光束位移显微镜

    有限光束宽度与偏振怎样揭示微小的纵向和横向界面位移？

    15 分钟

  99. 波与光学

    Gaussian 光束 Lab

    束腰、发散、透镜变换与 Gouy 相位怎样共同描述一束聚焦光？

    17 分钟

  100. 波与光学

    自愈光束竞技场

    Bessel 与 Airy 光束怎样在障碍后重建，又由什么能量代价支撑？

    15 分钟

  101. 波与光学

    无序介质中的光

    增强无序怎样让波输运从散射走向扩散与局域化？

    15 分钟

  102. 波与光学

    光学涡旋与轨道角动量

    相位奇点怎样产生暗核、螺旋波前与可测轨道角动量？

    15 分钟

  103. 波与光学

    矢量光束与光学 Skyrmion

    空间偏振场怎样包裹 Poincaré 球并获得拓扑数？

    15 分钟

  104. 波与光学

    光子纳米喷流与光子钩

    粒子形状与折射率怎样产生亚波长喷流或急弯光子钩？

    15 分钟

  105. 波与光学

    超振荡设计器

    带限场怎样制造微小热点，同时在旁瓣、效率与视场上付出代价？

    15 分钟

  106. 波与光学

    表面等离激元共振

    相位匹配怎样把棱镜光耦合进有损表面波并感知折射率？

    15 分钟

  107. 波与光学

    负折射与超透镜

    负折射率平板怎样反转折射并恢复通常丢失的倏逝细节？

    15 分钟

  108. 波与光学

    拓扑光子边缘态

    为什么边缘态能以远小于普通波导的背散射穿过缺陷与拐角？

    15 分钟

  109. 波与光学

    非线性光改变自身介质

    光强何时能写出足够强的折射率分布，让光束自聚焦或自导引？

    15 分钟

  110. 波与光学

    三种跃迁与受激辐射

    共振光在什么条件下会造成净吸收、随机发射或相干放大？

    13 分钟

  111. 波与光学

    泵浦与粒子数反转

    为什么两能级系统难以持续反转，而三、四能级系统更容易？

    13 分钟

  112. 波与光学

    激光怎样从噪声启动

    自发辐射噪声怎样在阈值之上变成饱和且经过选模的激光场？

    17 分钟

  113. 波与光学

    稳定腔与横模

    怎样的镜面几何能产生稳定、低损耗且由基横模主导的光腔？

    17 分钟

  114. 波与光学

    Q 开关巨脉冲

    怎样把储存的反转一次释放为巨脉冲，而不是提前泄漏成激光？

    17 分钟

  115. 波与光学

    锁模与光学频率梳

    锁定许多纵模相位，怎样把连续输出变成脉冲列与频率梳？

    17 分钟