我国科学家在光波波段发现逆多普勒效应

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导读:[size=10]新华网上海5月1日电(记者 仇逸、潘旭)上海理工大学光学工程学科团队和澳大利亚研究人员合作,国际上首次在光波波段发现逆多普勒效应,这一物理界和光学界的重大发现成果被《自然·光子学》(《NATURE PHOTONICS》)杂志刊出,并有望使隐形斗篷等神奇技术在未来化为现实。 多普勒效应是指[size=10][/size]当观察者和光波源之间存在着相对移动时,光波的频率会发生改变的现象。例如当警车靠近时,人们会感到笛声越来越刺耳,而警车远离时,笛声声调会越来越低。光是一种电磁波

新华网上海5月1日电(记者 仇逸、潘旭)上海理工大学光学工程学科团队和澳大利亚研究人员合作,国际上首次在光波波段发现逆多普勒效应,这一物理界和光学界的重大发现成果被《自然·光子学》(《NATURE PHOTONICS》)杂志刊出,并有望使隐形斗篷等神奇技术在未来化为现实。


多普勒效应是指[size=10]当观察者和光波源之间存在着相对移动时,光波的频率会发生改变的现象。例如当警车靠近时,人们会感到笛声越来越刺耳,而警车远离时,笛声声调会越来越低。光是一种电磁波,同样具有多普勒效应,当光源和观察者距离不断靠近时,光频率增高颜色变蓝,反之,则变红,这一现象被称为光的正常多普勒现象。由于自然界的天然材料折射率都是正的,因此当光源与观察者之间存在相对移动时,它们都只能产生正常多普勒效应。


逆多普勒效应指的是与多普勒效应发生相反的情况。就比如,如果将一根棍子放在水里,人们可看到棍子发生弯曲,但如果把棍子放在一种拥有负折射率的物质中,这种弯曲方向则恰恰相反。这一违反物理常识的效应最早由前苏联物理学家在1968年做了理论预言,但一直未得到实验证实。上海理工大学上海市现代光学重点实验室在庄松林院士直接领导与参与下,由项目负责人陈家璧教授带领王燕博士、梁斌明博士、耿滔博士等研究人员,向这一国际性难题发起了挑战。


在7年的艰苦攻关中,课题组的研究人员制作了一种特殊结构的人造微纳晶体"光子晶体"来实现负折射率,通过向这个独特的光子晶体"超棱镜"发射激光束,并改变激光在光子晶体中经过的路程,经过上百次实验,才成功创造了多普勒效应逆转现象。


据课题组研究人员介绍,光子晶体棱镜的微米量级刻蚀深宽比达到了25:1的国际先进水平。这意味着要使1亿根直径为头发丝1/35、长度50微米的粗细均匀硅介质圆柱整齐排列,刻划在硅片上。由于刻蚀是从上往下进行,当刻蚀到深度比直径大时,柱子直径就难以控制,从而得到的不再是圆柱而是椎体。本实验最终得到的光子晶体折射棱镜,是一个由硅介质柱构成的顶角为60度的棱镜。激光从折射棱镜的底边垂直入射,然后从折射棱镜的斜边射出,入射光与出射光位于斜边法线的同侧,折射率是负值。


庄松林院士介绍说:逆多普勒效应将推动如隐形斗篷等科幻技术未来的发展。所谓隐形,就是使光线如同流水一般绕过物体,物体后面的东西依然能够被人眼所见,这样物体仿佛就成为透明隐形的;隐形斗篷能够有效弯曲周围的光线,人穿上后就成功隐身。目前美国研究人员已经在微波波段证实了隐形斗篷技术的可能。而在光波波段发现逆多普勒效应,隐形斗篷技术化为现实的速度可能会超过大部分人的想象。此外,这一成果还将在天文学、医学、微电子工业等方面得到应用。(完)[/size]



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