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科學家成功給光打結：將光束變卷餅狀

知識百科光束

科學家利用一個電腦控制的全息圖和理論物理學，把一束光轉變成像椒鹽卷餅的形狀 。這種扭曲的工藝不僅導致一些非常美麗的圖案的產生，這一結果對未來的激光裝置研制也會產生重大影響 。據《生命科學》雜志報道，光跟鞋帶和電線一樣，也可以扭曲、打結 ?，F在科學家利用一個電腦控制的全息圖和理論物理學，把一束光轉變成像椒鹽卷餅的形狀 。研究人員表示，這種扭曲的工藝不僅導致一些非常美麗的圖案的產生，這一結果對未來的激光裝置研制也會產生重大影響 。英格蘭布里斯托爾大學的首席研究人員馬克?丹尼斯說：“在太空中穿行的光束就像在河流中流淌的水 ?！彪m然激光指揮棒等物體發出的光都是沿直線運行 ， 但是它也能呈螺旋方式運行 。這種旋轉的光被稱作光旋渦(optical vortices) 。光沿著螺旋路線運行，最終達到奇點，也就是沒有了光 。丹尼斯說：“我們周圍的光充滿了這種黑線，只是我們看不到它們 。我們的工作就是彎曲這些黑色結構，使光束打結 ?！毖芯咳藛T知道，可以通過全息圖制成光學旋渦 。全息圖對光的流向起到引導作用 。通過利用所謂的纖維紐結理論(fibered knot theory) ， 丹尼斯和同事們制成了全息圖 ， 并通過反射作用，讓常規激光束遠離它 。纖維紐結理論是在日常打結的啟發下，出現的一種抽象數學分支 。丹尼斯說：“全息圖就像一根引入光的纖維 ， 跟教堂里的彩色玻璃窗非常相似 。經過一面彩色玻璃窗后，光會出現窗戶的彩色圖案 。”不過它們之間也存在差異 ， 丹尼斯說：“彩色玻璃窗控制顏色，全息圖控制光波的狀態 。”因此全息圖上的每個點，就像窗玻璃上的每一個小格子，改變部分光束上的光波周期里的每一個點 。他們制成的全息圖可以改變光的狀態，讓它沿著黑色結點運行 。接下來，該科研組通過激光場嚴密監視照相機 ， 以便拍到光打結的 。他們的研究成果發表在1月17日的《自然?物理學》雜志上 。它是有關這方面的第一項有力證據 。雖然所謂的結點理論對類似于黑色結點的數學問題進行了研究，但是這項最新研究通過遵循光傳播規律的數學函數，制成這些結點 。另外，跟制成的與其他結點紐結在一起的黑色結點不一樣，丹尼斯和他的同事們在光束里生成單一黑色結點 。丹尼斯說：“對我們來說，它顯示了物理學家是如何適應現有純數學的(例如結點理論)，并在自然現象里發現它的 。它還顯示了我們可以利用全息圖控制激光流和激光傳播 。這種控制手段有可能會被應用在未來的激光裝置上 。”丹尼斯表示，對那些想制出自己的結點的人，擁有全息圖和一束激光就能夢想成真 。