前沿科技之澳科學家首次逆轉多普勒效應

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發表于 2011-3-10 16:09:36 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

據澳大利亞廣播公司(ABC)報道，澳大利亞科學家首次成功逆轉光學多普勒效應，這一進步有助于研制隱形斗篷。多普勒效應具體是指，無論什么時候，只要觀察者和光波源之間存在相對移動，光波的頻率便會發生改變。
絕大多數人印象中的多普勒效應往往與聲音有關，例如警車汽笛隨著與聽者距離之間的變化發生的聲調改變，距離越近，汽笛頻率越高，距離越遠，頻率越低。光線以類似的方式發生改變。當物體和觀察者距離不斷靠近時，光頻逐漸提高，從紅色波長變成藍色波長。隨著光源距離觀察者越來越遠，光頻逐漸降低，從藍色變成紅色。
　　根據《自然·光子學》雜志7日刊登的一篇研究論文，來自墨爾本斯維本科技大學和上海理工大學的研究人員成功逆轉了這種效應，這種逆轉無法在自然條件下發生。具體地說，物體和光波探測器距離逐漸靠近時，他們能夠遏制光頻從藍色波長變成紅色波長，反之亦然。墨爾本斯維本科技大學微光子中心教授古敏 (Min Gu，音譯)表示：“這是第一次在光學領域逆轉多普勒效應。”
　　英國此前進行的研究顯示，這種現象在微波條件下能夠成為一種可能。自上世紀60年代以來，科學家便懷疑能夠用光波逆轉多普勒效應，但他們一直未能研發出證明這種推測的技術。通過用硅研制一種人造納米結構晶體——被稱之為“光子晶體”，澳大利亞的研究人員做到了這一點。古敏說：“借助于我們的超級棱鏡，散射的光線數量是使用標準牛頓棱鏡的兩倍。大角度能夠讓棱鏡的折射率——這種特性決定光線穿過棱鏡的速度——發生相反的變化，也就是負折射率。”
　　自然界的所有物體都是正折射率。也就是說，無論什么時候，在與觀察者之間存在相對移動時，它們都會產生的標準多普勒效應。古敏說：“借助于研制這種人造物質使其擁有負折射率，我們能夠逆轉這種自然現象。”
　　接受采訪時，斯維本大學高級研究員、研究論文合著者賈寶華(Baohua Jia，音譯)解釋了這種現象。她說：“舉例來說，如果將一根棍子放在水里，你會看到棍子發生彎曲。如果是一種擁有負折射率的物質，這種彎曲恰恰相反。這是一種反直覺的現象。”通過向光子晶體“超棱鏡”發射激光束并改變棱鏡與探測器之間的距離，研究人員打造了相反的多普勒效應。
　　研究人員表示，能夠逆轉多普勒效應是一個鼓舞人的信號，有助于未來研發隱形斗篷技術。隱形斗篷能夠有效彎曲周圍的光線，進而達到隱形目的。古敏指出，這項技術最終成為現實的速度可能超過絕大多數人的想象。目前，美國研究人員已經在微尺度下實現隱形。
　　逆轉技術可能用于光學通訊和醫學成像。賈寶華表示，他們目前已經演示逆轉多普勒效應背后的基礎物理學原理。“這篇論文并不是要強調潛在應用價值，而是說明我們能夠通過研制這種擁有負折射率的人造物質實現這種逆轉。雖然事先就知道可能做到這一點，但真正觀察到這種現象時，你還是難免產生興奮。”