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第一次观察到的支化光流

更新时间:2020-07-31 23:50点击:

美丽的现象允许新的和令人兴奋的研究机会在光学和光流体领域

Technion &ndash的一组研究人员以色列理工学院首次观察到了光的分支流。该研究结果发表在《自然》杂志上,并在2020年7月2日的封面上作了特写。

这项研究是由博士生Anatoly Patsyk与Miguel a. Bandres合作完成的,后者在项目开始时是Technion的博士后研究员,现在是中佛罗里达大学的克里奥尔光学与光子学学院的助理教授。这项研究由Technion物理与电气工程学院、固态研究所和Russell Berrie纳米技术研究所的院长Uri Sivan教授和杰出教授Segev领导。

当波通过含有干扰的景观时,它们自然会分散,通常是向各个方向。光的散射是一种自然现象,在自然界的许多地方都能发现。例如,光线的散射是天空呈现蓝色的原因。事实证明,当扰动变化的长度远大于波长时,波就会以一种不同寻常的方式散射:它会形成增强强度的通道(分支),随着波的传播,这些通道(分支)会继续分散。这种现象称为支化流。它在2001年首次被观察到,当时人们认为它无处不在,在自然界的所有波中也会出现,比如声波,甚至海浪。现在,Technion的研究人员将分枝流引入到光领域:他们对光的分枝流进行了实验观察。

我们总是有寻找新东西的意图,而且我们渴望找到它。这并不是我们开始寻找的东西,但我们继续寻找,发现了更好的东西。助理教授Miguel Bandres说。波在均匀介质中传播时就会传播,这一点我们很熟悉。但是对于其他类型的介质,波可以以非常不同的方式表现。当我们有一个无序的介质,其中的变化是平滑的,就像山川和山谷的景观,波将以一种特殊的方式传播。它们会形成通道,在波传播的过程中不断分裂,形成类似树枝的美丽图案。

在他们的研究中,该团队将一束激光与一种皂膜相耦合,这种皂膜的厚度是随机变化的。他们发现,当光在肥皂膜内传播时,光并没有被散射,而是形成了细长的分枝,从而产生了光的分叉流现象。

在光学中,我们通常努力使光保持聚焦并以准直光束的形式传播,但令人惊讶的是,肥皂膜的随机结构自然地使光保持聚焦。这是大自然的又一惊喜,说Tolik Patsyk。

在光学领域产生分支流的能力为研究和理解这种普遍波现象提供了新的和令人兴奋的机会。

没有什么比发现新东西更令人兴奋的了,而这是光波首次证明了这一现象。Technion校长尤里·西万教授说,他也是Bertoldo Badler物理学院的学术主席。这表明,在简单的系统中也可以观察到有趣的现象,而一个人只要有足够的洞察力就能发现它们。因此,将来自不同背景和学科的研究人员的观点聚集在一起并结合在一起,已经产生了一些真正有趣的见解。

我们用光波来观察它,这一事实为研究开启了非凡的新可能性。首先,我们可以非常精确地描述光在其中传播的介质,而且我们还可以精确地跟踪这些分支并研究它们的性质,他补充说。

尊敬的Moti Segev教授,罗伯特J. Shillman杰出的物理和电子工程教授,展望未来。我一直教导我的团队要有高瞻远瞩的眼光。他说:“要想点新东西,同时要想点新东西。”要实事求是地看待实验事实,而不是试图调整实验以满足某些预期的行为。在这里,托里克试图测量一些完全不同的东西,他很惊讶地看到这些光枝,他最初无法解释。他请米格尔加入实验,他们一起把实验升级了很多。他们能将所涉及的物理分离出来。那就是我们开始理解我们看到的东西的时候。花了一年多的时间,我们才明白我们所遇到的是奇怪的分流现象。这在当时从来没有在光波的背景下考虑过。现在,有了这个观察–我们可以想出很多新点子。例如,利用这些光分支来控制液体中的流体流动,或者将肥皂与荧光材料结合,使这些分支变成小激光。或者使用soap膜作为一个平台来探索波的基本原理,例如从通常的总是扩散的散射到分支流的过渡,然后到安德森定位。有很多方法可以继续这项开拓性的研究。就像我们过去多次做的那样,我们要大胆地去别人没有去过的地方。

该项目目前正在教授的实验室继续进行。塞格夫和西万在Technion工作,同时在UCF新成立的Miguel Bandres教授的实验室工作。

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参考文献:光的支化流观察Anatoly Patsyk, Uri Sivan, Mordechai Segev和Miguel A. Bandres, 2020年7月1日,《自然》。

DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 2376 - 8

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