3D打印的白色块状材料，内有弯曲通道，可以引导光散射。图片来源：格拉斯哥大学

本报讯（记者沈春蕾）近日，科学家们发现了一种可以使光线自行拐弯的技术。该技术灵感来自云层散射阳光，未来有望推动医学成像、电子冷却、核反应堆设计等进一步发展。11月1日，相关研究成果发表于《自然-物理》。

据介绍，该技术原理与云、雪和其他吸收光的白色材料的反射原理类似，一旦光子撞击到这类材料的表面，它们就会向各个方向散射，且几乎无法穿透材料或者沿着原路反射。例如，当阳光照射到一片由水滴组成的积雨云上时，它会从顶部反弹，使这部分云层看起来是明亮的白色，而由于到达云层底部的光线太少，以至于这部分看起来是灰色的。

“这些反弹的光子会向四周弹跳，试图用各种方法进入材料内部。”英国格拉斯哥大学教授丹尼尔·法乔（Daniele Faccio）说，“最终，光子还是无法进入，并被反射回来。这就是散射。”

为了还原这一过程，研究团队用3D打印技术打印出不透明的白色块状材料，同时在物体内部留下一些薄薄的透明树脂隧道。当光线照射到白色块状材料时，会进入这些隧道并发生散射，就像光线照射在雪或云上发生反射一样。研究团队利用这一方法制备了一系列块状材料，以有组织地引导光线通过。

据了解，这些3D打印的物体在功能上类似于光纤电缆，但这两者的工作原理有根本上的不同。光纤电缆通过内部不断反射来引导光传输，当光试图离开电缆内部的塑料或玻璃芯时，它们会撞击另一种折射率较低的材料，并被反射回内部。用这种方式，光可以一次传输几公里，甚至拐弯。

研究人员表示，与没有透明隧道的实心块状材料相比，他们制备的块状材料将透光率提高了两个数量级以上，还允许光线自行拐弯。虽然这种材料比光纤效率低很多，很难实现光纤所能达到的远距离传输，但这种材料的优势在于简单且便宜。

让光弯曲还可以在现有的半透明物体的隧道里实现，如脊柱中的肌腱和液体，为开展医学成像提供了新方法。法乔说，其在冷却系统和核反应堆等一系列工程应用中也有用武之地。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-024-02665-z