有很多類型的光，有些是可見(jiàn)的，有些是人眼看不見(jiàn)的。例如，我們的眼睛和大腦沒(méi)有工具可以在紫外線照射到我們的眼睛時(shí)使其不可見(jiàn)。但是還有另一種看不見(jiàn)的光，僅僅是因?yàn)樗肋h(yuǎn)不會(huì)到達(dá)我們的眼睛。當(dāng)光線照射到某些表面時(shí)，它的一部分會(huì)粘在后面并留在后面，而不是被傳輸或散射開(kāi)。這種類型的光稱為近場(chǎng)光。

如今，近場(chǎng)光主要用于超高分辨率顯微鏡，即近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡(NSOM)。但是，近場(chǎng)光在粒子操縱，傳感和光學(xué)通信方面也具有未開(kāi)發(fā)的潛力。但是，由于近場(chǎng)光無(wú)法像遠(yuǎn)場(chǎng)光那樣進(jìn)入我們的眼睛，因此研究人員尚未開(kāi)發(fā)出全面的工具包來(lái)利用和操縱近場(chǎng)。

哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的客座教授Vincent Ginis說(shuō)：“今天，我們有很多工具和技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)場(chǎng)光。” “我們有透鏡，望遠(yuǎn)鏡，棱鏡和全息圖。所有這些東西使我們能夠雕刻出在太空中自由傳播的光。”

吉尼斯還是布魯塞爾弗里耶大學(xué)的教授。

現(xiàn)在，SEAS研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種模制近場(chǎng)光的系統(tǒng)，從而為對(duì)這種強(qiáng)大的，很大程度上未開(kāi)發(fā)的光進(jìn)行前所未有的控制打開(kāi)了大門。這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

“多年來(lái)，我們小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了強(qiáng)大的新技術(shù)，可以使用亞波長(zhǎng)圖案的超表面來(lái)構(gòu)造傳播的光，” Federico Capasso，羅伯特·華萊士應(yīng)用物理學(xué)教授和Vinton Hayes電機(jī)工程高級(jí)研究員，該論文的高級(jí)作者說(shuō)。 。“通過(guò)這項(xiàng)工作，我們將展示如何在遠(yuǎn)處構(gòu)造近場(chǎng)，從而為科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)令人興奮的機(jī)遇。”

為了操縱近場(chǎng)光，研究人員開(kāi)發(fā)了一種裝置，其中限制在波導(dǎo)中的光在兩個(gè)反射器之間來(lái)回反彈。每次彈跳后，它都會(huì)改變模式，這意味著它會(huì)以不同的空間模式傳播。多次反射時(shí)，這些圖案加起來(lái)會(huì)沿波導(dǎo)生成復(fù)雜的光強(qiáng)度曲線。波導(dǎo)表面附近的近場(chǎng)光也會(huì)改變。當(dāng)近場(chǎng)光的所有不同圖案彼此疊加時(shí)，將創(chuàng)建特定的形狀。研究人員可以通過(guò)調(diào)整反射光的模式幅度來(lái)對(duì)形狀進(jìn)行預(yù)編程。

該論文的共同作者，SEAS的研究人員Marco Piccardo說(shuō)：“所有這些模式的共存都可以設(shè)計(jì)成在設(shè)備表面隨意創(chuàng)建近場(chǎng)風(fēng)景。“景觀的形狀取決于級(jí)聯(lián)光的組合屬性。”

“有點(diǎn)像音樂(lè)，”吉尼斯說(shuō)。“您聽(tīng)到的音樂(lè)是許多音符或以作曲家所構(gòu)想的模式組合而成的模式的疊加。僅一個(gè)音符就不多了，但放在一起就可以產(chǎn)生任何類型的音樂(lè)。當(dāng)音樂(lè)及時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，我們接近場(chǎng)發(fā)生器在三維空間中運(yùn)行，我們?cè)O(shè)備的另一個(gè)有趣之處在于，一個(gè)音符會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)音符。”

重要的是，該成型過(guò)程是遠(yuǎn)程發(fā)生的，這意味著設(shè)備的任何部分都不會(huì)與近場(chǎng)光直接相互作用。這減少了干擾，這對(duì)于諸如粒子操縱的應(yīng)用而言很重要，并且與目前在諸如金屬尖端和納米粒子上的光的照耀附近領(lǐng)域的本地局部方法大相徑庭。

為了證明他們的設(shè)計(jì)，研究人員將近場(chǎng)光塑造成大象的形狀。或者，更具體地說(shuō)，是蟒蛇縮頸內(nèi)的一頭大象，向安托萬(wàn)·德·圣艾修伯里(Antoine deSaint-Exupéry)的經(jīng)典作品《小王子》中的戲劇致敬。

研究人員還將光線塑造成曲線，平穩(wěn)和直線。

卡帕索說(shuō)：“這項(xiàng)研究為近距離光的三維控制提供了新的途徑。” “這預(yù)示著我期望未來(lái)這項(xiàng)工作會(huì)帶來(lái)令人興奮的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)展。”