很久以來,人類就對自然界中存在的各種高速現象抱有強烈的興趣,怎樣突破有限的時空,捕捉瞬間的真相呢?求思不得之際,有人就只好把想象中馬踏飛燕凝固成一樽雕像。
中國科學院院士 侯洵:這個是同步攝影技術拍攝的飛行中的20毫米子彈的姿態,這個是120毫米實驗的坦克武器穿甲的過程,這是一個無後坐力炮彈的雙曝光的照片,象這個是測量五個雷管爆炸的一致性,用掃描相機拍攝的,就可以看得出來,其中這一個,就比別的要起爆得晚得多。
侯洵是中科院西安光機電研究所的首席科學家,他是西安37位院士中唯一一個在西安本地出生長大的院士,在郊縣的一個小村莊裏,他度過自己的童年時光,長大後考入西北大學物理系,50年代應國家建設的需要從事光學研究。
中國科學院院士 侯洵:在我上大學的時候確實對光學不感興趣,後來國家需要,服從分配,也就鑽了進去,所以我跟他們年輕人説,興趣也是可以培養的。
各種高速運動快得令人眩目,一般的攝影機以每秒24幅圖像的速度紀錄影像的,然後再以同樣速度放映還原影象,如果每秒拍攝的圖像超過24幅會怎樣呢?
中國科學院院士 侯洵:你每秒鐘拍攝的是240幅,放映的是24幅,你就把時間等於放大了十倍,一秒鐘裏發生的事情,你現在讓他重新放映出來,是在十秒鐘以內發生的,這樣就可以很從容地看。象這幅圖像,就是一個羽毛球運動員揮拍打羽毛球的一個多火花烯的照片,一連串的火花烯按相同的時間間隔拍攝了下來,從這個底片上看,兩個拍子距離越大,説明這個拍子揮動的速度越快,羽毛球拍和羽毛球接觸的前後這一段時間,運動員揮拍的速度是最快的。
然而,自然界中有些現象實在是太快了,以至於每秒240幅、2400幅也記錄不下來,而攝影機內底片的運動速度過快,就會被拉斷扯壞,怎樣解決這個難題呢?他們採取逆向思維發明了一種棱鏡攝影機。
中國科學院院士 侯洵:底片不動,近似圓周地佈置起來,然後用一個位置在圓心上的轉鏡來旋轉,這個反射鏡旋轉,就把光學系統的像成像在底片上,每秒鐘可以拍攝2000萬張。
物質之間的化學反應,花朵的光合作用,會在極短的時間內發生電荷運動和能量轉移,這樣的瞬間該如何紀錄呢?走進侯院士的實驗室,你會被這一束束奇妙的光線所吸引。這是特製的激光發生器以極快的速度發射的光線,名字叫飛秒激光,飛秒快到什麼程度呢?
中國科學院院士 侯洵:1飛秒是10的負15次方秒,如果説這個有多短呢,形象地做個比喻的話,1飛秒和1秒的比例,相當於1秒和3000萬年的比例。
為什麼一定要這麼快的速度呢?古人講迅雷不及掩耳,迅雷的速度一定要比掩耳快,同樣,飛秒激光的速度就必須要比化學反應的速度要快,當一束激光照射在材料表面激發化學反應之後,另一束激光就要搶在反應完成之前,象探針一樣穿過物體,帶出材料內部的信息
中國科學院院士 侯洵:它(發生反應的物體)對不同的波長吸收是不同的,在不同的時刻對不同的波長的吸收不同,你探測出來就知道,他在哪一個時刻吸收什麼樣的光,而這個吸收現象,你反推回去,你就會知道這個材料發生什麼樣的變化。
古人説:“知微而見著”,這是侯洵院士激勵自己在瞬態光學領域繼續前進的座右銘。
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