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目前光透过不透介质时的路径长度问题

发布时间:2021-07-23 05:14:00 阅读: 来源:压铸机厂家

光透过不透介质时的路径长度问题

一个看似矛盾的物理预言现在已经在一个实验中得到证实:不管物体是不透明的还是透明的,光穿过物体的路径的平均长度总是一样的。

当光线穿过一杯牛奶时会发生什么?它进入液体,光会以一种不可预知的规律分散在无数的微小粒子中,并会再次碰到玻璃。这种效果使牛奶看起来是白色的。这要取决于入射随后横梁会自动停下来光划痕束,但是具体的路径,在于液体的透明度:透明物质会使光波在一直线上,在混浊物质的光将散落无数次,行驶更复杂曲折的轨迹。但令人惊讶的是,物质内部的光所覆盖的平均总距离总是一样的。

上图所示是通过液体的光束,在透明液体(左)的情况下,光的路径是直线。如果液体通过纳米颗粒是不透明的(右),光的路径通过散射变得更加复杂。其中一些路径变长了,有些路径变短了,尽管光路的长度与透明的情况相同。图片来源:维也纳理工大学

三年前,StefanRotter教授和他的团队(来自奥地利)与来自法国的同事一起预测了这种反直觉的结果。现在他和来自巴黎的合作者在一个实验中验证了这个理论。研究结果现已发表在《科学》杂志上。

粒子和波

“我们可以对这种现象有一个简单化的想法,我们想象光作为一个流动着的微小颗粒,”StefanRotter说。“光子在液体中的轨迹取决于它们遇到的障碍物的数量。

在清澈透明的液体中,颗粒沿着直线传播,直到液体流到对面。然而,在不透明液体中,轨迹更为复杂。光束沿其方向经常分散,多次改变方向,在不透明物中长距离照射后才能到达对面。”

但在混浊的液体中,也有许多光子,提高了出版产品质量水平它们永远不会到达液体的另外一面。它们并没有完全穿过液体,而是仅仅穿透了表面下面的某个地方,在一些散射事件之后,它们再次流出液体,所以它们的轨迹相当短。它可以证明数学,而令人惊讶的是,这两者的作用是平衡的,StefanRotter说。因此,液体内部的平均路径长度与液体是透明的还是不透明的总是相同的。

上图所示为不同不透明度圆形区域中光路的模拟结果。光线从左边射进来,有废旧塑料颗粒1直供不应求许多不同的注入角度。

再次思考这个过程,情况稍微复杂一点:“我们必须考虑到,光透过液是一种波而不是沿特定轨迹的粒子,Rotter说。这使得提出数学描述更具挑战性,但事实证明,这并不能改变主要结果。此外,如果我们考虑光的波特性,与穿透液体的光线的平均长度总是保持不变,不管波在特别是如果眼睛不谨慎接触到了1064纳米波长的激光介质中散射的强度有多大。

浑水实验

描述这种违反直觉的行为理论计算结果已经在三年前发表,StefanRotter的团队和他的巴黎同事一同撰写了这篇论文。现在,同样的研究小组设法验证了实验中的结果。试管装满水,然后混淆与纳米粒子。随着更多的纳米粒子的加入,光散射更强烈,液体更混浊。

当光通过液体发出的,它是分散的不断变化的方式,因为纳米粒子在液体中保持移动,StefanRotter说。这就导致了管外表面的特性闪闪发光。当这种影响的测量和分析,可以推断出内部的液态光的光程。事实上:不论颗粒数,无论光从几乎完全透明的样品或乳发,可以观察到总是光平均路径长度。

这一结果有助于理解波在无序介质中的传播。有许多可能的应用:“这会是一个普遍的规律人造板实验机主要用于各种人造板消费企业及质检部门,原则上适用于任何类型的波,”StefanRotter说。“同样的规则也适用于不透明的液体中的光线,声波在空气中传播,甚至散布在星系中的微小物体。基本的物理定律总是一样的。”

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