研究人员观察到复杂光场中的隐藏变形
日常经验告诉我们，从完全平坦的镜子反射的光会给我们正确的图像，不会有任何变形。有趣的是，当光场本身的结构复杂时，情况并非如此。会出现微小的变形。
坦佩雷大学的研究人员首次在实验室中观察到了这些现象。研究结果证实了十多年前对这一基本光学效应的预测。它们还展示了如何将其用作确定材料特性的方法。
这一基本光学效应的首次观察现发表在 2024 年 9 月 17 日《自然通讯》上的文章《扭曲光的拓扑像差的观察》中。
光是一种波。尽管科学家们早在一个多世纪前就已知道这一简单的说法，但光学和光子学研究人员仍在不断发现和探索光波的新特性和新应用。在坦佩雷大学，实验量子光学小组 (EQO) 研究光的形状(通常称为结构)的细微差别。光的结构已成为现代光学的一个重要课题，其进展范围从量子物理基础到信息科学和光通信。
在最新研究中，研究人员发现，当光束从镜子等完全平坦的物体反射时，其形状会发生轻微扭曲。尽管变形很小，但它却包含有关物体本身的重要信息，例如其材质。这种所谓的拓扑像差效应十多年前就被英国研究人员预测，如今首次被观测到。
“尽管观察变形的总体思路似乎相当简单，但我们花了一年多的时间来完善我们的实验，并调整原始理论，以将这种影响与实验研究中自然出现的所有其他光束变形区分开来，”EQO 团队负责人、副教授罗伯特·菲克勒 (Robert Fickler) 解释道。
光明与的漩涡
随着光波整形技术的进步，结构光领域在近几十年蓬勃发展。人们对该领域的兴趣很大程度上源于所谓的扭曲光波，这种波不仅以光速传播，而且在传播过程中还会旋转。
“这些扭曲光场中令人好奇的是，它们中有一些完全的点，我们称之为光学涡旋，就像水中的漩涡一样，但本身却没有水。我们所做的就是观察当光束与平面物体相互作用时，这些涡旋如何穿行和移动，以及我们可以从这些运动中了解到什么，”该研究的主要作者、学院博士后研究员 Rafael Barros 补充道。
光场中的涡旋动力学一直是人们长期研究的课题，通常被认为是一个复杂的数学问题。在这项研究中，作者研究了扭曲光场的涡旋在从物体反射时如何移动。
他们表明，尽管每个光学涡旋的运动方式都很复杂，但它们的集体运动却以简单且可预测的方式由物体的属性决定。研究人员指出，他们的工作将启发用结构化波测量材料属性的新方法。这将给光学技术带来新的转折。
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