使用世界上最快相机对光学混沌进行实时监测

生活中的某些事情可以很好地预测：例如潮水涨落、月亮起伏不定、台球会根据有序的几何形状在桌子周围弹跳。 {pb>$G:gfx  
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然后，有一些事情使人们无法轻易预测：飓风在没有预警的情况下改变了方向、飞溅在喷泉中的水、从一棵树上生长出来的优美的树枝无序。 GE>[*zN  
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这些现象和其他类似现象可以描述为混沌系统，并且以表现出最初可预测的行为而著称，但随着时间的流逝变得越来越随机。 yr#5k`&\_  
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由于混沌系统在我们周围的世界中发挥着重要作用，因此科学家和数学家长期以来一直在寻求更好地理解它们。现在，加州理工学院医学工程系Andrew和Peggy Cherng的Bren教授，加州理工学院的Lihong Wang开发了一种新工具，可以帮助完成这一任务。 ^m
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在最新一期的《科学进展》中，Wang描述了他如何使用自己设计的超快相机以每秒10亿帧的速度录制视频，以观察激光在专门设计为引起混沌反射的腔室内的运动。 _C\[DR0n  
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Wang说有些空腔是非混沌的，因此光的传播路径是可以预测的。但是在当前的工作中，他和他的同事们已经使用那台超快相机作为研究混沌腔的工具，每次重复实验时，光都会以不同的路径传播。 z} '!eCl  
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该相机利用了一种称为压缩超快速摄影（CUP）的技术，Wang在其他研究中证明了这种技术能够以高达每秒70万亿帧的速度进行拍摄。 CUP摄像机拍摄视频的速度使其能够在行进时看到光-这是宇宙中最快的事物。 ~2EHOO{  
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但是CUP摄像机还有另一个功能，使其特别适合研究混沌系统。与传统的摄像机一次拍摄一帧视频不同，CUP摄像机实际上一次拍摄所有帧。这使摄像机可以一次性捕获整个腔室内的整个激光束混沌路径。 ~OePpa\  
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这很重要，因为在混沌系统中，每次的行为都是不同的。如果摄像机仅捕获了动作的一部分，则永远不会研究未记录的行为，因为再也不会以完全相同的方式发生行为。这就像尝试拍摄一只鸟，但是使用只能同时捕获一个身体部位的相机；而且，每当这只鸟降落在您附近时，它都会是一个不同的物种。尽管您可以尝试将所有照片组合成一个合成的鸟图像，但那只鹅卵石将变成一个乌鸦的喙，鹳的脖子，鸭的翅膀，鹰的尾巴和腿。一只鸡。不完全有用。 eMRar<)+#*  
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Wang说，他的CUP摄像机捕捉光的混沌运动的能力可能为光学混沌的研究注入新的活力，光学混沌在物理，通信和密码学领域都有应用。 %+ZJhHT  
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他说：“前一段时间这是一个非常热门的领域，但是它已经消失了，也许是因为我们没有所需的工具。实验主义者失去了兴趣，因为他们无法进行实验，理论家失去了兴趣，因为他们无法通过实验验证其理论。这是一个有趣的演示，向该领域的人们展示了他们最终拥有一种实验工具。” VL' fP2  
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描述该研究的论文名为“光学混沌的实时观察和控制”，发表在1月13日的《科学进展》上。 /~4"No@  
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原文链接：https://phys.org/news/2021-01-chaos-world-fastest-cameras.html