研究人員利用相位不連續(xù)技術(shù)挑戰(zhàn)折射反射定律
據(jù)報道,美國哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)的研究人員利用一種新的技術(shù)誘導(dǎo)光線的路徑,使得發(fā)現(xiàn)百年的光線反射和折射定律受到挑戰(zhàn)。而這個技術(shù)被稱為相位不連續(xù)技術(shù)。這一研究發(fā)現(xiàn)使得在預(yù)測光線由一 個介質(zhì)進(jìn)入另一個介質(zhì)的時候(例如,從空氣進(jìn)入玻璃的路徑),出現(xiàn)了一個新的數(shù)學(xué)規(guī)律,其有別于經(jīng)典的折射和反射定律。目前該研究發(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表在最新的 《科學(xué)》雜志上。 哈佛研究人員使用新技術(shù)創(chuàng)建的怪異光學(xué)現(xiàn)象 據(jù) 參與該研究的哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)應(yīng)用物理學(xué)與文頓海斯電氣工程高級研究員組成的聯(lián)合小組,首席聯(lián)合研究員分別為費德里科卡帕索(Federico Capasso)和羅伯特L華萊士(Robert L. Wallace)教授介紹:使用特殊的平面,我們創(chuàng)建了一個平面哈哈鏡的效果。我們的發(fā)現(xiàn)使得光學(xué)進(jìn)入了一個全新的領(lǐng)域,并打開了令人振奮人心的光電子技 術(shù)的大門。 人類自科學(xué)發(fā)展以后,認(rèn)識光線的行為之后,都知道光是在不同的介質(zhì)中,以不 同的速度進(jìn)行傳播。如果光線遇到一個玻璃等材料,并以一定的角度入射,就會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,也正是因此,波前的方向就發(fā)生了改變。我們根據(jù)傳統(tǒng)意義上 的折射和反射定律,全世界的物理學(xué)課上都可以進(jìn)行光線行為方式的推導(dǎo),我們還可以結(jié)合入射角度以及兩個介質(zhì)的性質(zhì)計算出折射角和反射角的具體的數(shù)值。然 而,當(dāng)研究人員將光線打在金屬納米材料的結(jié)構(gòu)圖上,根據(jù)實驗中表面光的撞擊行為,研究人員意識到,使用傳統(tǒng)意義上的方程不足以形容實驗室中所觀察到的關(guān)于 光線奇怪路徑的現(xiàn)象。 在實驗過程中,研究人員設(shè)計了一個納米級的諧振器陣列,比一個波 長還要薄一點兒,可在硅表面創(chuàng)建一個恒定的梯度值。通過可視化的研究技術(shù),使得光線可以下部分擊中表面,還可以保持垂直入射。而處于左邊的諧振器保持的能 量要長于右邊的諧振器。但是,如果沒有這個整列的存在,這個光線是平行的。 通過哈佛大 學(xué)的這個研究,科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了一個新的廣義范圍上的光線定律,實驗證明這組的數(shù)據(jù)是正確的,而且也將證實了在兩個介質(zhì)之間新的路徑方式。據(jù)哈佛大學(xué)工程與 應(yīng)用科學(xué)卡帕索實驗室副研究員于南方(Nanfang Yu)認(rèn)為:通常情況下,比如說一個池塘附近,空氣和水之間邊界就形成了兩個不同的路徑方式。但是,在這個特殊的情況下,介質(zhì)與介質(zhì)之間的邊界附近,成為 了一個活躍的界面,可以彎曲光線本身。 而本次研究實驗的關(guān)鍵是使用了微小鍍金的天線蝕 刻在硅的表面。該陣列結(jié)構(gòu)在總體尺度上都做的很薄,整個陣列結(jié)構(gòu)在規(guī)模上比撞擊的光線波長要薄很多。這就意味著,與傳統(tǒng)角度上而言,光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的邊界之 間的空氣和硅賦予了一個突然產(chǎn)生的相移,這就是被認(rèn)為是第二階段不連續(xù)性的體現(xiàn)。 |