@ 2019.02.06 , 11:00

用激光制造出分形光图案

在做出理论预言20年后,科学家们真的利用激光发生器产生了美妙的分形光。

不仅如此,他们还表明分形效果应该可以存在于三维空间之中。

这支完成了突破的团队表示,分形图案原本是自然界中最常见的模式之一,如今利用人工技术手段,通过简单的光学设备,在特定场合中复现大自然的精妙所在——无疑激发了各种通信和成像领域的工作者的脑洞。

分形,无处不在。从雪花和云层到海岸线轮廓——但事实表明,在激光束中找到它们的影子反而颇费手脚。

“令人惊奇的是,实现该效果只需要两个抛光球面镜。”研究人员之一,英国格拉斯哥大学的Johannes Courtial说,“它们一直都在那里,只要你找对地方。”

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“看错误的位置,你会看到一团模糊光斑,”南非威特沃特斯兰德大学的Andrew Forbes补充道,“看正确的地方,你就能看到分形。”

自从Courtial在1999年发表的论文里提出了分形光的概念后,研究人员发现某些激光操作理应可以制造出分形图案——但直到现在我们才第一次真正看到预言中的东西。

它的运作方式是激光在镜面反射,镜子之间的光路类似一个递归循环,形成一个重复自身的网络,只不过网络的规模越来越小。

通过精确操控,每当激光返回到特定的点时,光路方向就稍微变化,好制造出更小/大一级的相似网络——最终结果就是一个分形结构。

那个可被观察的特定点被称为共同的成像平面,确定它需要查看激光器光学系统内部的结构,而不是发出的光束。

根据研究人员的说法,未来的相关应用尚处于初期尝试阶段,但对成像、互联网、天线技术和医学方向上具有巨大的应用潜力。

分形与混沌理论密切相关,自然界中的微小变化可能会产生巨大且不可预测的结果。(哈尔滨一只蝴蝶扇动翅膀,澳大利亚遭遇飓风)

分形理论可用于绘制出复杂的动态系统,并且分形生成器可以让我们更好地理解宇宙在大尺度上的机制。

此外,研究人员希望能够开发出按需生产分形设计的定制激光器,它们对科学家和工程师更有用。

新的研究引出了新的预言:既然理论上我们可以同时在另一条坐标轴向上也实现分形效果,那有朝一日也应该可以实现3D分形光。

“这就是科学的本质:回答旧问题不可避免地会产生新的,更复杂的问题。”Forbes在《对话》中解释道。

“所以,虽然翻过了这一章,但新的一章还一片空白,等待我们填补上文字。”

该研究发表在Physical Review A上(DOI: 10.1103/PhysRevA.99.013848)。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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