坚不可摧的光束:产生的特殊光波，甚至可以穿透不透明的材料

UTRECHT大学和TU WIEN（维也纳）的研究人员创造了可以穿透的特殊光波，甚至可以渗透透明材料，好像材料甚至没有那样。

为什么糖不透明？因为穿透一块糖的光被散射，以高度复杂的方式改变和偏转。然而，作为来自Tu Wien（维也纳）和Utrecht大学（荷兰）的研究团队现在已经能够展示，有一类非常特别的光波，这不适用：对于任何特定的无序媒体 - 如糖立方体您可能只是放入咖啡 - 可以构建定制的光束，这实际上没有改变这种媒介，但只有衰减。光束穿透介质，并且光图案到达另一侧，其具有与介质完全不存在相同的形状。

这种“光的散射不变模式”的概念也可以用来专门检查物体的内部。该研究结果现已发表在《科学》杂志上自然光子学。

数不清的可能波形

湍流水面上的波浪可以呈现出无数种不同的形状——同样，光波也可以以无数种不同的形式产生。屠Wien理论物理研究所的Stefan Rotter教授解释说:“当你将光波通过一个无序介质时，每一个光波的模式都会以一种非常特定的方式发生改变和偏转。”

与他的团队一起，Stefan Storter正在开发数学方法来描述这种光散射效果。生产和表征如此复杂的灯田的专业知识由乌斯特·大学伊斯兰德·摩克教授的团队贡献。“作为光散射介质，我们使用了一层氧化锌 - 实验研究组头部的Allard Mosk解释说，Allard Mosk解释了一层氧化锌 - 一种不透明的白色粉末。

首先，您必须精确地描述这一层。你用非常特殊的光信号照射氧化锌粉末，然后测量它们是如何到达后面的探测器的。由此，你就可以得出任何其他的波是如何被这种介质改变的——特别是，你可以计算出氧化锌层改变了哪种波的模式，就好像在这一层完全没有波散射一样。

“正如我们能够展示的那样，有一类非常特殊的光波 - 所谓的散射不变光模式，它在探测器处产生完全相同的波形图案，无论光波是否仅通过空气发送或者是否必须渗透复杂的氧化锌层，“斯特凡转子说。“在实验中，我们看到氧化锌实际上不会改变这些光波的形状 - 它们只是整体疲软，”Allard Mosk解释道。

光探测器旁的一个恒星星座

尽管这些散射不变的光模可能是特殊和罕见的，但在理论上可能的光波的数目是无限的，人们仍然可以找到许多这样的光模。如果你以正确的方式组合这些散射不变的光模式，你会再次得到一个散射不变的波形。

“通过这种方式，至少在一定的范围内，你可以很自由地选择你想要通过物体发送的图像而不受干扰，”博士研究生Jeroen Bosch说。“在实验中，我们选择了一个星座作为例子:北斗七星。事实上，可以确定一个散射不变波将北斗七星的图像发送到探测器，而不管光波是否被氧化锌层散射。对探测器来说，两种情况下的光束看起来几乎是一样的。”

在细胞内看

这种寻找穿透基本未受干扰物体的光模式的方法也可以用于成像程序。“在医院里，x光被用来观察人体内部——它们的波长更短，因此可以穿透我们的皮肤。但光波穿透物体的方式不仅取决于波长，还取决于波形，”Matthias Kühmayer说，他是一名从事计算机模拟波传播的博士生。“如果你想把光线集中在物体的某些特定点上，那么我们的方法就打开了全新的可能性。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被具体控制。”这在生物实验中可能会很有趣，例如，你想在非常特定的点上引入光来观察细胞内部深处。

荷兰和奥地利科学家联合发表的论文已经表明，理论与实验之间的国际合作对于在这一研究领域取得进展是多么重要。

参考：“复杂媒体中的散射不变的光线”，普利姆·帕，Jeroen Bosch，Matthiaskühmayer，Stefan转子和Allard P. Mosk，4月20日4月8日，自然光子学。
DOI: 10.1038 / s41566 - 021 - 00789 - 9