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无回声光现象打开微观世界探测大门

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  发表在《Nature Photonics》的一项研究表明,一支来自澳大利亚研究委员会(ARC)中心光学系统超高带宽设备中心(CUDOS:Ultrahigh-bandwidth Devices for Optical Systems)证明了一种无回声光(echo-less light)现象。无回声光最初提出于1984年,但之后科学家并没有做出深入实验观察。

图片:光纤内光传输图解(来源:CUDOS)

  创造了光的无回声特殊状态,该研究队伍开发了一种方法使得光、声音、或者无线电通过离散物体,并保证所有波无回声地到达目的地。 

  昆士兰大学讲师Joel Carpenter设计并实施了这次试验,把这些光波传输比作朝隧道另一端的朋友大声喊叫发出信息,“由于声波在墙上或其他物体上弹跳着传送信息这种方式,隧道另一端的朋友接受到的信息有可能被回声扭曲,因此可能无法理解你发出的信息”,Carpenter说,“现在想象你有一个特制的喇叭或扬声器,把你的声音以特别的波形发射到隧道,因此而没有回声地到达隧道另一端。我们已经证明了这个设想,除了没有试验光在光纤内弹跳。”

  来自皇家墨尔本理工大学(RMIT University)的项目主导者Jochen Schroeder 强调了本次发现的重要意义,“使光穿过某物体并立即同时到达另一端的能力对于很多领域来说都具有重要意义。比如,生物组织(或浑浊介质)如皮肤或脑(组织)的光散射就限制了可成像的深度。无回声光波可提高成像深度。”Schroeder 补充道。

  “无回声光波可减轻散射,并允许组织内部深度成像,没有无回声光波则不可能实现。我们使用光纤内的光波通过精确测量光在光纤内传输的空间和时间证明了这种新现象。然后我们找出了什么样的激光束形状可以无回声地传输,并成功激发了这种形状的光束,确定所有光束可同时到达另一端后,把他们置放于光纤中。”

  CUDOS该项目总监兼资深研究者Benjamin Eggleton教授解释道,尽管研究人员实验使用的是光,其他波如Wi-Fi、声波、无线电波和移动手机也同样适用。“本质上,只要你想要整个波同时到达另一端,而信号不被回声干扰,这种现象适用于任何其他应用。”

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