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有一种光,可以穿透任何物体

2021-04-13 11:53 前瞻网   

光线几乎无处不在,这是我们人眼能够视物的基础。光线打在物体上被散射,无法穿透物体,这就形成了影子。日前,研究人员制造出了一种特殊的光波——它们甚至可以穿透不透明的材料,仿佛该物体压根不存在。

为什么糖不透明?因为穿透一块糖的光以非常复杂的方式被散射,改变和偏转。有一类非常特殊的光波不适用于此:对于任何特定的无序介质(例如刚提到的方糖),这种光波可以构建量身定制的光束,使其不会被这种介质改变,而只会被衰减。光束从而可以穿透介质,在介质的另一侧投下光斑,其形状与介质根本不存在的形状相同。科学家将其称为“散射不变光模式”。

TU维也纳理论物理研究所的Stefan Rotter教授与他的团队一起正在开发描述这种光散射效应的数学方法。作为光散射介质,研究团队使用了一种完全随机排列的纳米颗粒的不透明白色粉末——氧化锌。

有一种光,可以穿透任何物体

研究人员先通过氧化锌粉末发出非常特殊的光信号,并测量它们如何到达其后面的检测器。由此可知该介质如何改变任何其他光波,从而确切地计算出该氧化锌层改变的波型,就像这一层薄薄的氧化锌粉末中完全发生没有光波散射一样。

在实验中,研究人员发现氧化锌实际上根本不会改变这些光波的形状,只是让光波的整体强度稍微变弱。

尽管这些散射不变量光模式很特殊,也很罕见,但在理论上可能存在的光波数量无限的情况下,人们还是可以找到很多这样的光模式。而如果你把这些散射不变量光模式中的几种以合适的方式组合起来,又会得到一个散射不变量的波形。

散射不变光模式也可以用于成像过程。医学上常用的X射线用由于波长较短,因此可以穿透我们的皮肤,观察人体内部情况。但是,光波穿透对象的方式不仅取决于波长,还取决于波形, 论文作者Matthias Kühmayer说,“如果要将光聚焦在对象内部的特定点上,那么我们的方法将带来全新的可能性。我们能够证明,使用我们的方法,氧化锌层内部的光分布也可以得到专门控制。”

这对于生物实验来说可能会很有趣。未来科学家或许能够通过在非常特定的点引入光线,以深入观察细胞内部。

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责任编辑: 4114RWL

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