作者:孝文 来源:新浪科技 发布时间:2010-1-19 16:42:09
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科学家成功给光打结:将光束变卷饼状

科学家利用一个电脑控制的全息图和理论物理学,把一束光转变成像椒盐卷饼的形状。
 

这种扭曲的工艺不仅导致一些非常美丽的图案的产生,这一结果对未来的激光装置研制也会产生重大影响。
 
据“生活科学”报道,光跟鞋带和电线一样,也可以扭曲、打结。现在科学家利用一个电脑控制的全息图和理论物理学,把一束光转变成像椒盐卷饼的形状。
 
研究人员表示,这种扭曲的工艺不仅导致一些非常美丽的图案的产生,而且对未来的激光装置研制也会产生重大影响。
 
英格兰布里斯托尔大学的首席研究人员马克·丹尼斯说:“在太空中穿行的光束就像在河流中流淌的水。”虽然激光指挥棒等物体发出的光都是沿直线运行,但是它也能呈螺旋方式运行。这种旋转的光被称作光旋涡(optical vortices)。光沿着螺旋路线运行,最终达到奇点,也就是没有了光。
 
丹尼斯说:“我们周围的光充满了这种黑线,只是我们看不到它们。我们的工作就是弯曲这些黑色结构,使光束打结。”研究人员知道,可以通过全息图制成光学旋涡。全息图对光的流向起到引导作用。通过利用所谓的纤维纽结理论(fibered knot theory),丹尼斯和同事们制成了全息图,并通过反射作用,让常规激光束远离它。纤维纽结理论是在日常打结的启发下,出现的一种抽象数学分支。
 
丹尼斯说:“全息图就像一根引入光的纤维,跟教堂里的彩色玻璃窗非常相似。经过一面彩色玻璃窗后,光会出现窗户的彩色图案。”不过它们之间也存在差异,丹尼斯说:“彩色玻璃窗控制颜色,全息图控制光波的状态。”因此全息图上的每个点,就像窗玻璃上的每一个小格子,改变部分光束上的光波周期里的每一个点。他们制成的全息图可以改变光的状态,让它沿着黑色结点运行。
 
接下来,该科研组通过激光场严密监视照相机,以便拍到光打结的图片。他们的研究成果发表在1月17日的《自然—物理学》(Nature Physics)杂志上。它是有关这方面的第一项有力证据。虽然所谓的结点理论对类似于黑色结点的数学问题进行了研究,但是这项最新研究通过遵循光传播规律的数学函数,制成这些结点。另外,跟制成的与其他结点纽结在一起的黑色结点不一样,丹尼斯和他的同事们在光束里生成单一黑色结点。
 
丹尼斯说:“对我们来说,它显示了物理学家是如何适应现有纯数学的(例如结点理论),并在自然现象里发现它的。它还显示了我们可以利用全息图控制激光流和激光传播。这种控制手段有可能会被应用在未来的激光装置上。”丹尼斯表示,对那些想制出自己的结点的人,拥有全息图和一束激光就能梦想成真。
 
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