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[转载]科学家首次观察到光的分支流

已有 588 次阅读 2020-7-5 10:51 |个人分类:物理|系统分类:科研笔记| 物理, 光学, 光流, 分支 |文章来源:转载

来自以色列理工学院的一组研究人员首次观察到了分支的光流,该研究结果发表在今天的《自然》上,并作为了杂志的封面。

当波穿过干扰的物体时,它们自然会向各个方向散射。光的散射是自然现象,在自然界的许多地方都可以发现。例如,光的散射是天空为蓝色的原因。事实证明,当干扰变化的长度远大于波长时,波以一种不寻常的方式散射:它形成强度增强的分支通道,并随着波的传播而继续分裂或分支。这种现象称为分支流。它最早是在2001年通过电子观察到的,并被认为是普遍存在的,并且也存在于自然界的所有波现象中,例如声波甚至海波。现在,科学家们正在将这种分支流带入光的领域:他们已经对分支光流进行了实验观察。

论文主导作者、米格尔·班德雷斯(Miguel Bandres)教授表示,“我们一直希望找到这样的新东西,我们渴望找到它。” “我们熟悉的事实是,波在均质介质中传播时会散开。但是对于其他类型的介质,波的行为方式可能非常不同。”

研究团队将激光束耦合到肥皂膜上。他们发现,当光在肥皂膜中传播而不是被散射时,光会形成细长的分支,从而形成光的分支流动现象。

为观察光产生分支流效应,介质的结构,在这种情况下为肥皂泡,本质上必须是空间变化要大于光的波长。为了获得最佳结果,变化也必须平滑,肥皂泡成为了理想的选择。

肥皂泡由两层分子的液体薄层组成,完美的可变性程度与适度的平滑度相结合,创造出令人着迷的效果。气泡表面的细微扰动会散射光流,将其分成如河流三角洲之类的溪流,然后分流、分流,……等等。

但是,除了要实现这种现代魔力所需的复杂设置外,激光还需要在两层之间精确发光。为了保证这种精度,研究人员将一根光缆插入了肥皂泡膜中。

该团队通过限制气泡周围的空气流动来测试肥皂泡激光技术在稳定膜和活动膜上的作用,使他们能够亲眼看到白光的全部美感,这些白光在其人工“光三角洲”中分成了多个厚度和颜色。

在光学领域,我们通常会努力使光保持聚焦并作为准直光束传播,但是这里令人惊讶的是,肥皂膜的随机结构导致光保持分流,这是自然界的另一个惊奇。

在光学领域产生这种分支流的现象为研究和理解这种普遍波动现象提供了新的令人兴奋的机会,为研究提供了巨大的新可能性,首先是可以表征光在其中传播的介质的精度很高,而且还可以准确地跟踪这些分支以研究它们的特性。

这项研究结果表明,在看似简单的事物中也可以观察到令人震惊的物理新现象,并且只需要足够敏锐的洞察力就可以发现它们。有许多方法可以继续进行这项开创性的研究。

参考:Observation of branched flow of light, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2376-8

来源:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1671122842808952490&wfr=spider&for=pc




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