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澳科学家首次逆转多普勒效应 有助研制隐形斗篷

http://www.kexue.com 2011-03-10 17:02:22 新浪科技  发表评论


研究人员成功逆转了蓝色和红色波长之间的多普勒频移变化

  澳大利亚科学家首次成功逆转光学多普勒效应,这一进步有助于研制隐形斗篷。多普勒效应具体是指,无论什么时候,只要观察者和光波源之间存在相对移动,光波的频率便会发生改变。

  绝大多数人印象中的多普勒效应往往与声音有关,例如警车汽笛随着与听者距离之间的变化发生的声调改变,距离越近,汽笛频率越高,距离越远,频率越低。光线以类似的方式发生改变。当物体和观察者距离不断靠近时,光频逐渐提高,从红色波长变成蓝色波长。随着光源距离观察者越来越远,光频逐渐降低,从蓝色变成红色。

  根据《自然·光子学》杂志7日刊登的一篇研究论文,来自墨尔本斯维本科技大学和上海理工大学的研究人员成功逆转了这种效应,这种逆转无法在自然条件下发生。具体地说,物体和光波探测器距离逐渐靠近时,他们能够遏制光频从蓝色波长变成红色波长,反之亦然。墨尔本斯维本科技大学微光子中心教授古敏(MinGu,音译)表示:“这是第一次在光学领域逆转多普勒效应。”

  英国此前进行的研究显示,这种现象在微波条件下能够成为一种可能。自上世纪60年代以来,科学家便怀疑能够用光波逆转多普勒效应,但他们一直未能研发出证明这种推测的技术。通过用硅研制一种人造纳米结构晶体——被称之为“光子晶体”,澳大利亚的研究人员做到了这一点。古敏说:“借助于我们的超级棱镜,散射的光线数量是使用标准牛顿棱镜的两倍。大角度能够让棱镜的折射率——这种特性决定光线穿过棱镜的速度——发生相反的变化,也就是负折射率。”

  自然界的所有物体都是正折射率。也就是说,无论什么时候,在与观察者之间存在相对移动时,它们都会产生的标准多普勒效应。古敏说:“借助于研制这种人造物质使其拥有负折射率,我们能够逆转这种自然现象。”

  接受采访时,斯维本大学高级研究员、研究论文合著者贾宝华(BaohuaJia,音译)解释了这种现象。她说:“举例来说,如果将一根棍子放在水里,你会看到棍子发生弯曲。如果是一种拥有负折射率的物质,这种弯曲恰恰相反。这是一种反直觉的现象。”通过向光子晶体“超棱镜”发射激光束并改变棱镜与探测器之间的距离,研究人员打造了相反的多普勒效应。

  研究人员表示,能够逆转多普勒效应是一个鼓舞人的信号,有助于未来研发隐形斗篷技术。隐形斗篷能够有效弯曲周围的光线,进而达到隐形目的。古敏指出,这项技术最终成为现实的速度可能超过绝大多数人的想象。目前,美国研究人员已经在微尺度下实现隐形。

  逆转技术可能用于光学通讯和医学成像。贾宝华表示,他们目前已经演示逆转多普勒效应背后的基础物理学原理。“这篇论文并不是要强调潜在应用价值,而是说明我们能够通过研制这种拥有负折射率的人造物质实现这种逆转。虽然事先就知道可能做到这一点,但真正观察到这种现象时,你还是难免产生兴奋。”(孝文)

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