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驾驭黑暗:科学家开发出一种能控制和塑造光学奇点的方法

科学 | 感谢投递 2021-07-14 233

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光学奇点通常发生在特定波长或颜色的光的相位不明确的时候。这些区域看起来完全黑暗。现在,一些光学奇点--包括光学涡旋--正在被探索用于光通信和粒子操纵,但科学家才刚刚开始了解这些系统的潜力。然而问题仍旧存在--我们能否像驾驭光明一样驾驭黑暗来打造出强大的新技术?

现在,来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发了一种控制和塑造光学奇点的新方法。这项技术可用于设计出许多形状的奇点,而不仅仅只是简单的曲线或直线。为了展示他们的技术,研究人员制作了一个心脏形状的奇异片。

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“传统的全息技术在塑造光线方面很好,但在塑造黑暗方面却很困难,”这项研究的论文资深作者Federico Capasso说道,“我们已经展示了按需奇点工程,从超分辨率显微镜技术到新的原子和粒子陷阱,它在广泛的领域打开了一系列的可能性。”

这项研究发表在《Nature Communications》上。

据悉,Capasso和他的团队使用带有精确形状的纳米柱的平面超表面来塑造奇点。

“超表面以一种非常精确的方式让光的波前在一个表面上倾斜,这样透射光的干涉模式就产生了扩展的黑暗区域。这种方法使得我们能精确设计对比度极高的黑暗区域,”这项研究的另一位论文首席作者Daniel Lim指出。

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工程奇点可以用来将原子困在黑暗区域。这些奇点还可以提高超高分辨率成像。光只能聚焦到大约半个波长(衍射极限)的区域,但黑暗没有衍射极限,这意味着它可以局限到任何大小。这使得黑暗可以在比光波长小得多的范围内跟粒子相互作用。这不仅可以用来提供粒子的大小和形状的信息还可以提供它们的方向。

工程奇点可以超越光波延伸到其他类型的波。

“你也可以在无线电波中设计盲区或在声波中设计静默区,”Lim说道,“这项研究指出了在从电子束到声学等光学以外的波动物理中设计复杂拓扑结构的可能性。”


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