第一次观察到的分支光流

美丽的现象为光学和光流学领域带来了新的令人兴奋的研究机会

以色列理工学院的一组研究人员首次观察到分支光流。研究结果发表在《自然》杂志上，并刊登在该杂志2020年7月2日的封面上。

该研究由博士学位进行。学生Anatoly（Tolik）Patsyk与项目开始时曾在Technion担任博士后研究员的Miguel A. Bandres合作，现在是中佛罗里达大学光学与光子学院CREOL的助理教授。这项研究是由Technion物理与电气工程学院，固态研究所和Russell Berrie纳米技术学院的主席Uri Sivan教授和著名教授Mordechai（Moti）Segev领导的。

当海浪穿过包含干扰的景观时，它们自然会向各个方向散射。光的散射是自然现象，在自然界的许多地方都可以发现。例如，光的散射是天空为蓝色的原因。事实证明，当干扰变化的长度远大于波长时，波以不寻常的方式散射：它形成强度增强的通道（分支），并随着波的传播而继续平移或分支。这种现象称为分支流。它最早是在2001年用电子观察到的，并被认为是普遍存在的，并且也存在于自然界的所有波浪中，例如声波，甚至是海浪。现在，Technion研究人员将分支流带入光域：他们已经对分支光流进行了实验观察。

“我们一直想找到新的东西，我们渴望找到它。这不是我们开始寻找的东西，但我们一直在寻找，发现了更好的东西，” Asst说。米格尔·班德雷斯（Miguel Bandres）教授。“我们熟悉这样的事实，当波在均匀介质中传播时波就会传播。但是对于其他类型的介质，波的行为方式可能非常不同。当我们有一个杂乱无章的介质时，其变化是平滑的，就像山峦和山谷的风景一样，波浪将以奇特的方式传播。它们将形成随着波的传播而保持平缓的通道，形成类似于树的树枝的美丽图案。”

在他们的研究中，研究小组将激光束耦合到肥皂膜上，该肥皂膜的膜厚随机变化。他们发现，当光在肥皂膜中传播而不是被散射时，光会形成细长的分支，从而形成光的分支流动现象。

“在光学领域，我们通常会努力使光保持聚焦并以准直光束的方式传播，但是令人惊讶的是，肥皂膜的随机结构自然会导致光保持聚焦。这是大自然的又一个惊喜，”托利克·帕特西克（Tolik Patsyk）说。

在光学领域产生分支流的能力为研究和理解这种普遍波动现象提供了新的令人兴奋的机会。

Technion总裁Bertoldo Badler物理学院学术主席Un Sivan教授说：“没有什么比发现新事物更令人兴奋了，这是这种现象在光波中的首次展示。”“这表明，在简单的系统中也可以观察到有趣的现象，并且只需要足够的洞察力就可以发现它们。因此，将来自不同背景和学科的研究人员的观点集中起来并加以结合，就产生了一些真正有趣的见解。”

“我们用光波观察的事实为研究提供了巨大的新可能性，首先是我们可以表征光以非常高的精度传播的介质，而且我们还可以准确地跟踪这些分支并研究其特性，这一事实开始了。 ，“ 他加了。

罗伯特·J·希尔曼（Robert J.Shillman）物理学和电气工程学杰出教授Moti Segev教授展望未来。他说：“我总是教育我的团队超越视野，思考新事物，同时–观察实验事实，而不是尝试使实验适应某些预期目标行为。在这里，托里克（Tolik）试图测量完全不同的东西，并且很惊讶地看到他最初无法解释的这些轻分支。他请米格尔（Miguel）参加实验，他们一起对实验进行了相当大的升级-达到了可以隔离所涉及物理的水平。那就是当我们开始了解我们所看到的。我们花了一年多的时间才知道，我们所拥有的是一种奇怪的“分支流”现象，当时在光波的背景下从来没有考虑过这种现象。现在，有了这个观察–我们可以想到很多新的想法。例如，使用这些光分支来控制液体中的流体流动，或将肥皂与荧光材料合并并使分支变成很少的激光。或使用肥皂膜作为探索波的基本原理的平台，例如从总是扩散的普通散射到分支流，再到安德森定位的过渡。有很多方法可以继续进行这项开创性的研究。和过去一样，我们想大胆地走到以前没有人去过的地方。

该项目现在正在教授实验室中继续进行。Segev和Sivan在Technion，同时在UCF的Miguel Bandres教授新建立的实验室中。

###

参考：Anatoly Patsyk，Uri Sivan，Mordechai Segev和Miguel A.Bandres的“观察分支的光流”，2020年7月1日，Nature.DOI：
10.1038 / s41586-020-2376-8

一个多世纪以来，以色列技术学院一直在科学技术教育方面开创先河，并产生了改变世界的影响力。作为一所全球性大学，Technion长期以来一直利用跨界合作来推动突破性的研究和技术。现在，Technion在三个国家/地区都有分支机构，将为下一代全球创新者做准备。技术人员，思想和发明为世界做出了不可估量的贡献，在癌症研究和可持续能源，量子计算和计算机科学等领域进行了创新，以在世界范围内发挥作用。

美国技术协会通过以色列技术学院支持有远见的教育和世界变化的影响。我们的总部设在纽约市，代表数千名美国捐助者，校友和利益相关者，他们投资Technion的增长和创新，以推进为以色列国和全球利益服务的关键研究和技术。在超过75年的时间里，我们遍布全国的支持者网络为Technion的新奖学金，研究，实验室和设施提供了资金，这些奖学金，研究，实验室和设施帮助做出了改变世界的贡献并将Technion教育扩展到三个国家的校园。