学霸的模拟器系统 第111节

第102章 里希特教授的造访（求收藏求追读求月票）

　　林允宁甚至不知道自己是怎么走出韩至渊办公室的。

　　他只记得，当韩至渊问出“你的选择是什么”时，自己几乎没有犹豫，就选择了那条更难走的路。

　　现在，十二月初金陵的冷风吹在脸上，让他那因为缺觉和过度思考而发热的大脑冷静了下来。

　　他的目标，从重生回来那一刻起就无比清晰：

　　拿金牌，发文章，用无可争议的学术能力，敲开美国顶尖大学的大门，拿到全额奖学金。

　　现在，一篇新的《物理评论快报》几乎唾手可得。

　　只要将那个优美的理论模型整理发表，他的申请材料上将再添一个重量级的砝码，计划几乎板上钉钉。

　　可是，真的很不甘心啊！

　　林允宁站在唐仲英楼门口的台阶上，看着校园里裹着厚厚冬衣来来往往的学生。

　　第一次感到自己不再只是一个重生的旁观者。

　　而物理学，也不再仅仅是一块充满功利的敲门砖。

　　而是他在这个世界的新羁绊。

　　在发现界面声子热整流这个全新物理现象时，在亲手构建优美的理论模型时，那种创造的快感，已经令他沉迷其中。

　　无法自拔。

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　　上午，是国家集训队第五轮实验考试。

　　今天的题目是“基于锁相放大技术的微弱信号测量”。

　　林允宁坐在最后一排的角落，看着实验台上的仪器，脑子里想的却是另一件事：

　　如何才能“看到”那个仅存在于理论中的、微米尺度的“声子热点”？

　　所有他熟悉的实验技术——拉曼光谱、X射线衍射、电学输运测量——都像广角镜头，只能探测到宏观的平均化信号。

　　在一个微观尺度下，去直接观测一群声子的非平衡分布？

　　这感觉就像，在一整个蜂巢剧烈振动时，试图只测量其中某一只蜜蜂翅膀的温度。

　　这怎么可能？

　　……

　　很快，监考老师顾伟宣布考试开始。

　　集训队员们，立刻开始了忙碌。

　　许嘉诚深吸一口气，迅速浏览了一遍发下来的实验要求。

　　核心任务不复杂，但当他打开示波器，看到屏幕上那条被噪声彻底淹没的信号线时，眉头立刻拧成了一个疙瘩。

　　信号太弱了。

　　屏幕上，代表信号幅值的数字乱跳，相位读数更是在0到360度之间毫无规律地漂移。

　　他尝试着调整积分时间常数，想让信号稳定下来，但结果只是让数字跳动的频率变慢了一些，那毫无规律的起伏却丝毫没有减弱。

　　他身旁的周衍眉头紧锁，正在用纸笔飞快地计算着什么。

　　而另一边，卫骁，也罕见地停下了手中的操作，盯着仪器，陷入了长久的沉默。

　　整个考场的气氛有些压抑。

　　监考席上，担任这次实验监考老师的顾伟，正与西蜀省一位带队老师低声交流。

　　“顾老师，这次是不是有点太狠了？白教授这次是下了死手啊。”

　　那位老师看着学生们普遍束手无策的样子，有些不忍。

　　顾伟推了推眼镜，压低声音道：

　　“不狠不行。到了IPhO的赛场上，你永远不知道会遇到什么稀奇古怪的设备。白教授这是在提前给他们打预防针。”

　　他顿了顿，目光扫过那些不断跳动的屏幕，道出了“陷阱”的核心：

　　“光学斩波器的电机，我们故意没做屏蔽，它的转速有微小的抖动，参考信号的相位自然就稳不住。”

　　“调制频率也刻意设在了50赫兹附近，正好跟电网工频串扰，而且落在了光电探测器1/f噪声的‘角频率’之内，低频噪声被放大了好几个数量级。”

　　“最麻烦的是，探测器在信号强区有轻微的非线性，会把幅度的噪声（AM）耦合到相位（PM）上去。

　　“这几招组合拳下来，想得到稳定读数，比登天还难。”

　　就在整个实验室都陷入一片焦灼之时，林允宁终于从深思中回过神来。

　　他没有像其他人那样急于调整参数，而是静静地观察了足足一分钟。

　　屏幕上，信号的疯狂跳动在他眼中逐渐分解为几个可能的独立成分：

　　来自电网的50Hz工频干扰、来自电机抖动的低频相位噪声、以及来自探测器本身的1/f噪声……

　　问题，大概就出在这几处。

　　他接下来的操作，却让所有人大跌眼镜。

　　他直接断开了信号源的输入线。

　　“林神仙在干嘛？又有什么骚操作了？”

　　许嘉诚眼角的余光瞥见这一幕，心里一惊。

　　只见林允宁拿起笔，在草稿纸上画了一个简单的坐标系，横轴是频率，纵轴是噪声功率。

　　然后，他开始缓慢地转动光学斩波器的频率控制旋钮，眼睛则一眨不眨地盯着锁相放大器上的噪声读数。

　　他在测量纯粹的噪声。

　　随着频率从几十赫兹缓慢扫到几千赫兹，他手中的笔也在草稿纸上移动，一个个数据点被迅速记录下来，很快，一张噪声功率谱的草图便跃然纸上。

　　图上，50赫兹附近，一个巨大的隆起异常显眼。

　　而当频率超过1000赫兹后，整个谱线变得平坦。

　　“原来在这儿。”

　　林允宁自语一句，没有任何犹豫，直接将斩波器的调制频率，从默认的50赫兹调到了2375赫兹——那片被他画出来的“静区”。

　　效果立竿见影。

　　他重新接上信号线，屏幕上原本疯狂起伏的信号幅值，立刻稳定了一半以上。

　　第一步，绘制噪声地图，避开雷区。

　　但这还没完。信号幅值虽然稳定了，但相位依旧在漂移。

　　林允宁打开了锁相放大器的正交（X/Y）输出模式，并将数据通过GPIB接口导入到自己的笔记本电脑上。

　　屏幕上，那个代表信号矢量位置的光点，绕着一个中心点，毫无规律地乱窜。

　　他没有去碰任何硬件，而是在控制电脑上调出了默认的简易锁相软件。

　　屏幕上，那个疯狂摆动的光点，像是被一只无形的手瞬间按住，经过几次微小的挣扎后，被“钉”在了坐标系的第一象限。

　　第二步，软件驯服硬件，锁住相位。

　　“我靠……”

　　许嘉诚已经看得目瞪口呆，感觉自己的操作像个原始人。

　　然而，林允宁最惊人的一步，才刚刚开始。

　　他从旁边的备用器材箱里，拿出了一台惠普的信号发生器，用一根BNC线，直接连接到了光学斩波器控制器的“参考信号”输出端。

　　然后，他设定了一个频率高达几十千赫兹、幅度却极其微弱的高斯白噪声，按下了“输出”键。

　　他竟然在往系统里，主动注入噪声！

　　“疯了！林神仙疯了！”

　　许嘉诚眼珠子都快瞪出来了，他隔着老远，对着身旁的周衍压着嗓子吼道，“他在往参考通道里注入噪声！嫌噪声还不够大吗？！”

　　监考席上的顾伟也皱起了眉头，他甚至以为林允宁在胡闹，刚想站起身制止，脚步却猛地顿住了。

　　他的眼神，在短短一秒钟内，从疑惑，变为震惊，最后化作了难以置信。

　　“抖动（Dither）……他竟然知道用抖动信号来线性化ADC的死区？！”

　　顾伟的心脏猛地一跳。

　　这根本不是教科书上的内容！

　　这是一种只在顶级射电天文台或者引力波探测实验室，为了解决极微弱信号在模数转换器（ADC）死区附近的非线性失真问题，才会用到的高级工程技巧！

　　这小子到底是什么怪物？

　　林允宁内心却相当平静，思路也同样清晰：

　　探测器的非线性导致了微弱信号的测量误差。

　　用一个远高于奈奎斯特采样频率的高频白噪声，将信号的工作点随机地‘抬’出非线性区，抖动噪声本身可以通过后续的数字低通滤波轻易滤除。

　　这是最优解。

　　很快，他完成了所有“调试”，这才像一个刚做完热身的运动员，不慌不忙地按下了“开始测量”的按钮。

　　屏幕上，一条平滑得如同镜面般的曲线，开始缓慢而稳定地延伸。

　　十五分钟后，测量结束。

　　林允宁不仅得到了一条完美的数据，作为报告的收尾，他甚至还随手画出了一张艾伦方差（Allan Deviation）的草图，用无可辩驳的数据证明，他的测量误差，已经达到了由散粒噪声主导的物理理论极限。

　　这份报告，不像一份学生答卷。

　　它更像一篇出自资深仪器工程师之手的测试论文。

　　提交报告后，林允宁回到座位，看着自己草稿纸上的噪声功率谱和艾伦方差曲线，心中忽然一动。

　　【天赋：灵感洞察 LV.1已激活！】

　　这么多次物理实验，不断和噪声打交道，他终于有了新的灵感。心中一个模糊的方法论，在这一刻变得清晰。

　　“噪声并非完全混沌。它的频谱形态、随时间演化的统计特性，同样可能携带着系统的信息。