Re: [爆卦] 像差再見！博士生解決長達2000年的光學

看板Gossiping作者Muscovy (三分熟的鬧鐘)時間5年前 (2019/07/13 18:46)推噓7(10推 3噓 10→)

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※ 引述《Muscovy (三分熟的鬧鐘)》之銘言： : ※ 引述《KanzakiHAria (神崎・H・アリア)》之銘言： : : 像差再見！博士生解決長達2000年的光學問題 : : 2018年墨西哥國立自治大學（UNAM）2位博士生解決長達2000年的問題，並發 : : 表在Applied Optics期刊上。 : 大家好, 我又來科科科科科科普了. : 這個墨西哥大學的研究其實有兩篇. : 第一篇消除球面像差, 第二篇還更進一步消除散光. 嗯, 醒來發現科普一篇 AO 的論文也能爆, 鄉民太難理解了. 改天來科普葡萄放進微波爐會起火的那篇 PNAS 論文好了. 不過我看起來, 覺得看不懂的原因可能是不知道光學產業在猜什麼. 所以來科科科科科科普光學產業的日常猜謎遊戲. 從上一篇的例子開始. 想像一下我是 NASA, 跑來鄉民開的公司, 說... 你好, 我要做一個可以從近地軌道上面監視鄰居在洗澡的光學鏡頭. 嗯對, 規格是「纖毫畢現」, 體積不可以超過十公升. 這種規格書看起來很隨便對不對? 但是光學產業的日常活動就長這樣. 因為這裡頭已經規定了光學系統的體積跟解析力, 最關鍵的兩項. 怎麼做? 找光學工程師開始猜啊. 從 1/p + 1/q = 1/f 開始, 這個式子可以分解也可以合成. 要幾片透鏡就是分解出幾個 f, 怎麼分解純看感覺, 是一門藝術. 譬如說你分解出六群 f, 每群又各分解出三到五個 f. 那最後就會做出一套大概二三十片透鏡的系統. 接下來就是造鏡者公式, 這公式可以跟你說透鏡大致的形體還有材質. 你可以順便看看公司做這個形狀的元件有沒有把握. 然後想想光圈該做多大, 對應的快門速度合理不合理. 最後心算一下解析力是不是太離譜, 查材料看看色散會不會很嚴重. 就這樣, 這叫猜謎的心智活動, 或者叫「設計原則」. 接下來再找電腦做細部調整, 分析一下有沒有替代方案. 譬如其中某幾面要合併另一組非球面鏡. 電腦也可以檢查解析力合格不合格, 入光量夠不夠, 會不會有雜散光. 猜到什麼程度算是過關? 啊就「近地軌道上纖毫畢現」啊. 用力猜就對了, 還有電腦陪你猜. 當然, 這也太土法煉鋼了, 用想的也知道很難猜, 夠抽象的. 尤其已知的設計大家都會做, 未知的設計就猜不到. 那麼實務上光學廠怎麼做? 通常光學廠內部會有幾套很不一樣的參考設計. 這些設計適用在不同的尺度. 為什麼? 因為在幾何光學跟成像公式面前, 各種成像都可以隨便放大縮小. 你用來拍原子的光學設計跟你用來拍人像的光學設計... 在國高中的公式裡看起來都長一樣, 但是原子拍不出來. 所以成像公式不能應付真實狀況, 會有其他光學現象干擾成像. 這讓猜謎遊戲更困難, 因為成像公式以外的現象很難心算. 所以光學廠會訓練工程師從「比較合適」的透鏡排列開始猜. 譬如 NASA 的需求, 可能就會叫工程師從某一個透鏡組的設計出發. 像是先在廠內找到一組 100km 外可以看到老鼠的鷹眼系統, 體積三升. 然後再叫工程師從這個光學設計著手. 一樣老規矩, 從 1/p + 1/q = 1/f 開始分解合成. 只是說眼前不是一片空白而已, 有個現成的設計. 再來造鏡者, 再來光圈快門色散解析力等等... 不過那不代表猜得到哦, 只是出發點比較有道理而已. 因為可行的參考設計, 數量其實很少. 年營業額十億以下的光學廠, 廠內可能只有三四種. 大概就是窄角廣角超廣角這樣分, 其他都是改出來的. 全世界廠內有最多設計的可能就是蔡司, 但是或許也只有上千種而已. 這些設計你都用來改過一遍還做不出「近地軌道上纖毫畢現」的鏡頭. 好啦, 那就沒救了, 千萬不要開案. 於是呢, 原始論文說, 「你不用猜了, 我跟你講答案. 」這個夠厲害吧, 可惜他有下一句, 「僅限點光源」. 論文衝擊一定是有的, 尤其對大立光這樣的光學廠來說. 因為對光學廠來說, 不是所有的透鏡設計都可以賣, 會有良率問題. 這組公式可以跟光學廠說, 至少在幾何光學呢, 你需要什麼樣的形狀? 而且研究團隊還出續集, 也繼續被 AO 收錄, 表示這個題目有市場. 但是一般的路邊攤光學廠是做生意的, 不是做高科技的. 他們更在意的是: 有沒有公式可以幫我把鏡頭賣到更大的市場. 所以... 嗯........科普完畢. -------- 不過有專業鄉民跳出來說, FDTD 不是有限元素法, 是有限差分法! 說起這種名詞問題呢, 我就要科科抱怨一下: 科普很難寫. 譬如 FDTD 用最兇的就是微波領域, 做天線跟雷達的那群人. 但是他們用的多半是 FDTD 裡面的變形, FETD. 因為光學啦微波啦, 這些領域的元件都有很具體的空間項, 可以分割. 然後 FETD 全名是 Finite Element Time Domain... finite element 都寫在名字上了, 你說它算不算有限元素法? 可是那我可不可以寫 FETD 就好? 不行. 因為光學產業把這招分類在 FDTD 家族裡面, 看主流軟體介面就知. 至於這一段要怎麼科普進去呢? 譬如下面這句話嗎? 「FDTD 裡面為純量波近似條件下的馬克士威方程式所特化過的 FETD 空間有限元素混合時域有限差分法? 」嗯, 不覺得這當作論文題目比較好嗎? 親愛的鄉民. 這還沒完哦, 說不定又有鄉民亂入: 啊你把神聖的近軸近似放哪裡? 所以我有個心得, 寫科普就像寫新詩, 要練! 因此我正在練. XD 這裏還有個尾巴, 一定有人會疑惑做天線跟做透鏡有什麼鬼關聯? 我也只能科科以對, 因為科普起來又一篇, 流氓一點說反正有關就對了. 但是一定會有相關領域的鄉民暴走... 我做微波做天線這麼高等的人類! 那個下賤的血汗光學廠怎麼能比? 這是現實沒錯, 但不是科學. 所以你知道的, 科普還會得罪人. -- 新詩練習：新鮮。踩破初春裡的狗大便；不經意的滄桑，滿溢著嫩黃的喜悅。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 36.227.50.33 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1563014761.A.746.html

噓

wayne0215

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wayne0215

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推

seed1132001

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