把东西放大并不难，难的是放大之后还能看清细节。这两个目标并不总是一致——把一张模糊的照片拉大，只会得到一张更大的模糊照片。显微镜的设计，很大程度上就是在与这个矛盾打交道。它的成像分两步：物镜先把样品的细微结构分辨出来，形成一个中间像，再由目镜或相机把这个像放大。决定「能看多细」的是前一步，决定「看起来多大」的是后一步，两者的关键指标并不相同。一、放大倍数大，不等于看得更清设想样品上有两个靠得很近的点。如果物镜分辨能力不足，这两个点在中间像上就已经糊成了一个斑，后面无论怎么放大...

测电场最常见的办法是插一根金属探头进去，把感应到的电压引出来读数。这在低频、场形简单的场合很好用。但在高频、近场、或者空间很小的场合，探头一放进去，被测的场就变了——测到的已经不是原来那个场。电光测量提供的是另一条路：把一片晶体放进被测区域，让一束光穿过去，用光把场的信息带出来。整条通路里没有金属，被测场因此几乎不受影响。一、金属探头的问题：测的过程本身会改变被测对象金属是导体。把它放进电场，电荷会在表面重新分布，原本均匀的场线会被吸引、集中、扭曲。探头尺寸与波长可比时，这种...

前面讲探测器时，关注点主要在灵敏度——光有多弱还能测得出来。但还有另一条同样重要的线索：信号变化有多快还能跟得上。同样一只探测器，面对缓慢变化的光强游刃有余，面对每秒变化几百亿次的码流可能就完-全跟不上。衡量这个能力的指标是带宽。它决定了探测器能把多密的码元区分开，也决定了整套链路的速率上限。一、带宽决定了能分辨多密的码元探测器接到一串快速的光脉冲，如果响应足够快，输出的电脉冲就是一个个分明的方波；如果响应跟不上，边沿会被拉长变钝，前后码元相互重叠，最后连成一片，接收端就分不...

太赫兹波指的是频率在0.1到10太赫兹之间的一段电磁波，夹在微波与红外之间。它既不像微波那样能用电子器件直接振荡产生，也不像可见光那样有现成的激光器，因此长期是电磁波谱上开发得最晚的一段。转折出现在超快激光成熟之后：用飞秒激光脉冲去驱动特定的材料，可以把光脉冲直接转换成太赫兹脉冲。今天主流的太赫兹时域光谱系统，核心就是一台飞秒激光器加一对发射与探测器件。一、太赫兹在电磁波谱上的位置从频率上排，它位于毫米波与红外之间：波长大约三十微米到三毫米。这一段之所以长期难以利用，是因为从...

光纤光栅（FBG）是一段写在光纤纤芯里的「波长选择器」：宽带光通过它时，绝大多数波长直接穿过，只有满足特定条件的那一个窄带被反射回来。这个被挑中的波长称为布拉格波长。它的特别之处在于直接做在光纤内部——不需要额外的分立元件，与光纤同材质、同尺寸，因此可以沿一根光纤串起许多个，构成准分布式的传感阵列。上一篇文章里提到的分布式传感靠的是光纤自身的散射，而光纤光栅走的是另一条路：人为在光纤里写入一个周期结构。一、光纤光栅是什么从结构上看，光纤光栅是纤芯折射率沿轴向呈周期性变化的一段...

一根数十公里长的通信光缆，除了传数据，还能当温度计、应变计和振动传感器用。这件事听起来反常，其实道理很朴素：光在光纤里传播时，沿途每一点都会产生微弱的背向散射，而这些散射光的强度、频率或相位，会被当地的温度、应变、振动所改变。只要把返回的散射光按时间分开，就能知道「哪一段发生了什么」。这就是分布式光纤传感的基本思路。光纤既是传输介质，也是敏感元件——沿线不需要任何供电，只有玻璃本身。一、从单点测量到沿线测量传统的温度与应变测量用点式探头：一个探头一条引线，测多少个点就要铺多少...

激光器有个常见的麻烦：它发出的光，会被光路下游的某个界面反射回来。这一点点回程光进入激光腔，轻则让输出功率抖动、波长漂移，重则造成跳模甚至损伤器件。要防这件事，最直觉的想法是在光路里放个衰减片把回程光吸收掉。但衰减片不分方向，正向光同样被削弱。真正需要的是一种只拦反向、几乎不碰正向的器件，也就是光学隔离器。它的特别之处在于：并不是靠吸收或反射把光挡住，而是利用一种非互易的效应，让光在反向传播时走不到出口。一、回程光从哪来，会惹出什么事任何两个折射率不同的界面都会反射。玻璃与空...

光纤通信里，信息是被「写」在光上的。激光器本身只提供一列稳定的光波，要让它携带数据，得有器件按电信号去改变这列波的某个参数。这个器件就是光调制器。它在链路里的位置很明确：激光器负责发光，调制器负责把数据刻上去，光纤负责传输，探测器负责读出来。本文讲的是中间这一步。一、为什么不直接调激光器最直接的想法是让激光器的驱动电流随数据变化，亮一下暗一下，数据就出去了。这叫直接调制，结构最-简-单、成本最-低，短距场景至今大量使用。问题在于电流一变，激光器里的载流子浓度跟着变，折射率随之...