以色列研究人員首次發(fā)現(xiàn)分支光流，推進(jìn)光學(xué)發(fā)展

來自以色列理工學(xué)院的一組研究人員首次觀察到了分支的光流，該研究結(jié)果發(fā)表在今天的《自然》上，并作為了雜志的封面。

當(dāng)波穿過干擾的物體時(shí)，它們自然會向各個方向散射。光的散射是自然現(xiàn)象，在自然界的許多地方都可以發(fā)現(xiàn)。例如，光的散射是天空為藍(lán)色的原因。事實(shí)證明，當(dāng)干擾變化的長度遠(yuǎn)大于波長時(shí)，波以一種不尋常的方式散射：它形成強(qiáng)度增強(qiáng)的分支通道，并隨著波的傳播而繼續(xù)分裂或分支。這種現(xiàn)象稱為分支流。它最早是在2001年通過電子觀察到的，并被認(rèn)為是普遍存在的，并且也存在于自然界的所有波現(xiàn)象中，例如聲波甚至海波?，F(xiàn)在，科學(xué)家們正在將這種分支流帶入光的領(lǐng)域：他們已經(jīng)對分支光流進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀察。

論文主導(dǎo)作者、米格爾·班德雷斯（Miguel Bandres）教授表示，“我們一直希望找到這樣的新東西，我們渴望找到它。” “我們熟悉的事實(shí)是，波在均質(zhì)介質(zhì)中傳播時(shí)會散開。但是對于其他類型的介質(zhì)，波的行為方式可能非常不同。”

研究團(tuán)隊(duì)將激光束耦合到肥皂膜上。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光在肥皂膜中傳播而不是被散射時(shí)，光會形成細(xì)長的分支，從而形成光的分支流動現(xiàn)象。

為觀察光產(chǎn)生分支流效應(yīng)，介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，在這種情況下為肥皂泡，本質(zhì)上必須是空間變化要大于光的波長。為了獲得最佳結(jié)果，變化也必須平滑，肥皂泡成為了理想的選擇。

肥皂泡由兩層分子的液體薄層組成，完美的可變性程度與適度的平滑度相結(jié)合，創(chuàng)造出令人著迷的效果。氣泡表面的細(xì)微擾動會散射光流，將其分成如河流三角洲之類的溪流，然后分流、分流，……等等。

但是，除了要實(shí)現(xiàn)這種現(xiàn)代魔力所需的復(fù)雜設(shè)置外，激光還需要在兩層之間精確發(fā)光。為了保證這種精度，研究人員將一根光纜插入了肥皂泡膜中。

該團(tuán)隊(duì)通過限制氣泡周圍的空氣流動來測試肥皂泡激光技術(shù)在穩(wěn)定膜和活動膜上的作用，使他們能夠親眼看到白光的全部美感，這些白光在其人工“光三角洲”中分成了多個厚度和顏色。

在光學(xué)領(lǐng)域，我們通常會努力使光保持聚焦并作為準(zhǔn)直光束傳播，但是這里令人驚訝的是，肥皂膜的隨機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致光保持分流，這是自然界的另一個驚奇。

在光學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生這種分支流的現(xiàn)象為研究和理解這種普遍波動現(xiàn)象提供了新的令人興奮的機(jī)會，為研究提供了巨大的新可能性，首先是可以表征光在其中傳播的介質(zhì)的精度很高，而且還可以準(zhǔn)確地跟蹤這些分支以研究它們的特性。

這項(xiàng)研究結(jié)果表明，在看似簡單的事物中也可以觀察到令人震驚的物理新現(xiàn)象，并且只需要足夠敏銳的洞察力就可以發(fā)現(xiàn)它們。有許多方法可以繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究。