做做AI，造造人 - 动力老男孩的博客

之前介绍过老薛的自制迈克尔逊干涉仪，当时生成的是鱼鳞状的干涉条纹。经过这些天的探索，现在已经可以生成环形的干涉条纹，看上去跟专业干涉仪基本一致啦。

据说秘诀在于把放大镜放到激光刚刚射出的位置，这样进入干涉仪的光是一个比较大的光斑，而且要调节反射镜使得两块光斑非常好的重合。

看效果图吧：

迈克尔逊激光干涉仪

另外还有视频放送：

一年一度的南瓜节又到了，因为圈圈小朋友是属老虎的，所以今年的南瓜灯就定为跳跳虎了。

高端的南瓜灯，需要具有绘画和雕刻天赋的艺术家们才能做好。下面介绍的是平民版南瓜灯做法，非常简单，请看下面的分解动作：

1. 挑一个皮粗肉厚，憨态可掬的南瓜。不知道是物价上涨，还是奸商趁火打劫，反正现在3块一斤了（下面这个三斤重）：

原始南瓜

2. 沿上沿切开一个圆形：

切一个圆形的切口

3. 掏空南瓜子，并用勺子把南瓜的内壁刮薄。觉得做南瓜灯暴殄天物的朋友，这是你们的最后一个机会，可以把掏出的南瓜瓤收集一下，烙个饼啥的：

掏空南瓜

4. 在纸上先打好草稿。最简单的做法是在网上找一张线条图，然后把白纸压在显示器上描图：

草稿图

5. 在南瓜上画图。对于像我这样的没有艺术细胞的人，采用的是“关键点定位法”：把纸压在南瓜上，把各个端点用大头针打上孔，然后再画一遍

把图画在南瓜上

6. 工具来了。穷人必备的雕南瓜灯工具，包括一把锋利的小刀（用来切大块空白），和一把细长的螺丝刀（用来掏细线）。

南瓜灯工具

7. 雕刻时间到，这种没有技术含量的机械劳动，就交给勤劳勇敢的圈圈妈了

打孔挖洞

8. 收工了：

雕好的南瓜灯

9. 看看效果吧。一般来说，应该在里面放一根蜡烛，不过我用红色的激光束照进去，效果一样好，哈哈：

最终的南瓜灯

不知道万圣节和南瓜灯为何物的火星朋友们，请看下面的介绍：

万圣节（HALLOWEEN）为每年的11月1日，源自古代塞尔特民族(Celtic)的新年节庆，此时也是祭祀亡魂的时刻，在避免恶灵干扰的同时，也以食物祭拜祖灵及善灵以祈平安渡过严冬，是西方传统节日。当晚小孩会穿上化妆服，戴上面具，挨家挨户收集榶果。

10月31日是西洋万圣节前夕，美国的街上四处可见精彩的现场表演、戏台上演的幻觉魔术、逼真的游尸和鬼魂，及各种恐怖电影的放映。 　　这场嘉年华盛会的由来是在公元前五百年时，居住在爱尔兰、苏格兰等地的人们相信，往生人的亡魂会在10月31日这一天回到生前所居住的地方，并在活人的身上找寻生灵，以获得再生的机会。当地居民因为担心鬼魂来夺取自己的生命，故当10月31日到来时，会将所有灯光熄掉，使得鬼魂无法找寻到活人，并打扮成妖魔鬼怪以将鬼魂吓走。

南瓜雕空当灯笼的故事源于古代爱尔兰。故事是说一个名叫 JACK 的人，是个醉汉且爱恶作剧。一天 JACK 把恶魔骗上了树，随即在树桩上刻了个十字，恐吓恶魔令他不敢下来，然后 JACK 就与恶魔约法三章，让恶魔答应施法让JACK 永远不会犯罪为条件让他下树。 JACK 死后，其灵魂却既不能上天堂又不能下地狱，于是他的亡灵只好靠一根小蜡烛照着指引他在天地之间倘佯。

最近刚刚看了一部老电影：三傻大闹宝莱坞，果然是一部被烂译名陷害的好片。

虽然不年轻了，但还是心潮澎湃了一把。看来咱们的教育跟印度阿三们没啥区别，读书的功利性都太强。感慨的话就不多说了，体制也轮不到咱来批评，在这里表达一下对老薛同学的敬意。他差点进了一个大型国企，从此“安度青年”，过上幸福的生活。而现在却跑到地球的对面去学物理，在实验室里玩激光，玩磁悬浮。不过，这才是我们这类人的理想生活啊。

前不久回老家，有一件有趣的事情。我的小侄子今年上五年级，玩具库里有个辉光球。有一天他兴致勃勃的跑过来告诉大家，说他把手放在辉光球上的时候，家里固定电话的屏幕就亮了，手拿开就灭了。我们这群大人纷纷表达了鄙夷之情，觉得这件事情不可能，也很无聊。
后来小侄子坚持让我们去看，结果都傻眼了，电话不仅屏幕亮了，还显示了一个2266号码的未接来电！
经过我们的实验，大致明白了原因。家里的电话是无绳电话，而辉光球的辐射电波，频率正好和子机的2，6这两个号码重合；主机以为有未接来电，就亮起来了。手放上去的时候应该是起了放大器的作用（事实上离的很近的时候，不用手扶也可以）。家里有辉光球和西门子无绳电话的朋友可以自己实验一下。
在网上搜了下，原来辉光球的辐射很巨大，据说把荧光灯管放在它的边上，可以被点亮：

来自一个教学实验：辉光球点亮荧光灯

当然，说这个故事的目的不仅仅是让大家防辐射，而是感慨孩子们的好奇心和观察力。我们也曾经精力过剩，看到什么都想知道原理，可是现在被埋在工作中，记忆力、观察力和创造力都严重衰退。看完电影，我差点想把工作辞了，尝试下“专注于自己的兴趣，成功就会随之而来”。不过一觉醒来，还是回到现实：毕竟咱不是天才，而且还得赚钱吃饭，还是在业余时间抽空玩吧
不过我萌生了一个想法，打算建一个网站，供咱们这些心存梦想的老男孩们交流使用，没准将来也能冒出几个专利来。到时希望有兴趣的朋友们过来添砖加瓦！

来自老薛同学的又一次投稿

激光已经51岁了。去年，世界各地的人们一起庆祝了激光的50岁生日。有意思的是，当年它的发明者不知道这束神奇而危险的光能用来干吗，所以称它为：“a solution looking for a problem”；而五十年之后，我们的生活已经无法离开激光。

在基础科学领域，过去五十年里激光的应用也产生了十个诺贝尔奖（！）。在这篇文章里，我们要用激光制做一个无线传播声音的装置。虽不能凭此获诺贝尔奖，但也足以让我们开心一阵子了。

0：原理

二极管激光器（一般的激光笔里面就是一个二极管激光器）发光的强弱可以由加在它两端的电压决定。而电脑上耳机插孔里输出的，是一个随声波振荡的电压信号。如果我们把这个电压信号加到激光二极管两端，那么激光的强弱就会随声波信号振荡了。这就是我们的发射端。

我们可以把这个强弱振荡的激光信号转换成声音在远处播放出来，只需要先把它转换成电压信号，然后再送到音箱放大输出。我们可以用一个光敏二极管或者光敏电阻来做这个转换。这就是我们的接收端。

1：电路

发射端电路如下图所示。

发射端电路

变阻器（可选200千欧姆）设定激光器的基本工作电压，一般在2到4伏之间激光器都能发光，所以在输入声波电信号为零时，可以设定激光器两端的电压为3伏。这样声波信号就能使得激光器两端电压在3到4伏之间波动，从而控制激光亮度。注意，在把激光器连在电路中前，最好用万用表测量一下输出电压，以防过高烧毁激光二极管。

电路中对声波产生的电信号进行了放大，放大系数为两个电阻之比，51k/10k，所以为5.1倍。主要是因为我测量到从电脑耳机插孔出来的电压大概在0.2伏左右，为了防止它太小不足以调制激光强度而加上去的。

接收端电路图如下：

接收端电路

首先第一个运算放大器将光敏二极管产生的光电流（小于零点一毫安培）转换成电压，电阻取多大取决于光敏二极管能产生多大的电流。然后把这个电压信号放大五倍，输出到音箱插头。具体的各电阻取值可能随采用不同光敏二极管而稍有不同。只要用万用表测量最后输出的电压值，2伏左右即可。

2：实物照片

发射端如下图：

发射端实物图

接收端如下图：

接收端实物图

3：效果演示

利用激光传声方式播放Beyond的“真的爱你”：

参考老薛新浪播客视频。

这是一篇来自老薛同学的投稿

简介：老薛同学是在米国留学的物理学专业人士，据说是费米的门生，薛定谔的亲戚。
也许有人觉得物理学专业非常枯燥，可是从老薛同学的生活看来，他们的日子过的相当有趣，在实验室玩遥控飞机，磁悬浮，激光等等，反正大家想象一下生活大爆炸里的各种情节就对了。

下面是老薛同学的正文，看来和我们IT工作者一样，物理学家们也喜欢从0开始编号

=====================惯例的昏割线===========================

0：什么是干涉？
1：什么是迈克尔逊干涉仪？
2：它有啥用？
3：自己怎么做一个便宜的？
4：自己怎么做一个更便宜的？

0：什么是干涉？

在物理学中，“干涉”指的是两束频率相同，相位固定的波，比如光波，声波，叠加在一起时发生的现象。实际上这种现象无处不在。比如下雨天路上彩虹色的油膜，就是太阳光在油膜上下两个表面之间发生的干涉。而雨滴打在池塘水面溅起的涟漪也会形成类似下图的干涉图样。

波的干涉

1：什么是迈克尔逊干涉仪？

迈克尔逊是一位跨世纪的波兰裔美国物理学家（1852-1931），他在19世纪末的时候发明了如下图所示的一种干涉仪。

迈克尔逊干涉仪

上图中我们看到，红色的激光被分光镜分成两束（向上的那一束是反射光，向右的那一束是透射光），然后又被两面反射镜完全反射回来，分别被分光镜透射和反射，经凸透镜扩散，最后在观察面上形成干涉图样。

正是由于最终参与干涉的两束光线都来自初始的那束激光，它们具有相同的频率和固定的相位关系，所以才能形成稳定的干涉图样。下图是一架专业的迈克尔逊干涉仪形成的图样。

干涉仪形成的图样

2：它有啥用？

迈克尔逊干涉仪产生的条纹是由两面反射镜到干涉平面的距离决定的。以上图为例，如果我们稍微移动一下其中的一面反射镜，就会看到上面的圆圈从中心“吐出来”或者“吃进去”。而这个“稍微移动”实际上很小，只需要移动激光波长的一半就可以“吐出”或“吃掉”一个圆圈。红色激光笔的波长大概在650纳米，也就是0.65微米。一根头发的直径大约90微米，所以只需要移动一根头发的千分之三就可以看到干涉图样很明显的变化。显而易见，它能用来测量精细的距离的变化，或者用来校对一个样品表面是否平整。

除此之外，它还能派上大用场，做为大科研项目的主力军。比如下面这个硕大的迈克尔逊干涉仪：

光干涉引力波观测台

它叫做LIGO，是(light interferometer gravitational wave observatory) 的缩写，意思是光干涉引力波观测台。其中两面反射镜与分光镜的距离大概在3，4千米（世界上有好几家这样的观测台，每台的尺寸有所不同）。它也是用来测量距离的精细变化的。不过这里，距离的变化是由“引力波”引起的。爱因斯坦的理论说，两个硕大的天体在相互旋转的时候会引起它们周围的引力场周期性地变化，这种变化会像水波一样在宇宙中传播开来。而引力场的波动能改变空间的长度。如果这个波传到了地球，就会改变LIGO的两个反射镜与分光镜之间的距离，从而引起干涉条纹的变化。目前，实验还在进行中。

3：自己怎么做一个便宜的？

LIGO这个大号迈克尔逊干涉仪花费了4亿美元了，但是要做一个迷你版的却花不了30块人民币。下图就是这个迷你版的装置：

迷你版干涉仪

关键部分：反射镜和分光镜。

反射镜和分光镜

实验中，我偷了实验室价值大约3元人民币的液氮（小于一升），然后把它周围产生的水汽泼在光路上，就可以找出美丽的光线来，见下图：

雾气中的激光

（激光本身方向性很强是看不到的，但是在一定尺寸的粒子中，就会出现散射现象，显示出一条明亮的光路，这就是丁达尔现象）有一小段视频请看：

那么干涉图样怎么样呢？当两面反射镜反射的光不重叠时，见左图。当我们调节反射镜的角度，把这两块光斑重叠在一起时，见右图。

干涉图样

啊哈，这一点都不像开始展示的那种专业迈克尔逊干涉仪的干涉图样吧！那儿是一圈一圈的，这里是一块一块的。这是因为当两面反射镜接近完美地垂直，且分光镜接近完美地位于这个直角的一半的时候（45度），迈克尔逊干涉仪产生圆圈干涉图样，物理上叫做“等倾干涉”。两面反射镜成一定夹角，或者分光镜偏离了45度位置时，产生条纹状干涉图样，物理上叫做“等厚干涉”。要接近完美垂直，对仪器要求比较高，所以我们的山寨干涉仪只能产生条纹而不能产生圆圈了。

如果你做这个实验，你会发现，当两块光斑不重合的时候，它们各自是很稳定的。当形成干涉图样的时候（上面右图），图中的竖直方向的暗线会左右移动得比较厉害。这就是因为这些暗线的位置是由两面反射镜与分光镜之间的距离决定的。桌子轻微的抖动（头发直径的千分之三）就会引起这些暗线移动。所以迈克尔逊当年做实验的时候，是把他的干涉仪放在一大块大理石上，整块大理石又是浮在水银里的，用来减少仪器自身的振动。

4：自己怎么做一个更便宜的？

有朋友说，你这个干涉仪不好做啊，主要是那个反射镜镜座从哪儿弄？其实我还做了一个更便宜的，也几乎一样好用。见下图：

更加经济的版本1

更加经济的版本2

随便找一个成直角的东西，贴两面小镜子上去，找一块透明的玻璃片就可以做自己的激光干涉仪了。效果如何？见下图：

精简版的最终效果

个人觉得，甚至比上面那个还要好一些。就是调节起来稍微麻烦一点。要让两束光重叠，需要小心地调节中间的分光镜的位置和角度，因为现在反射镜已经固定了。同样，这里竖直方向上的条纹也在左右移动着，反应出桌子在微小的抖动。因为绿光的波长比红光短，所以这架干涉仪的距离灵敏度比开始那个还要高一点。