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cyqdesign

2011-09-05 10:12

物理学家发现人工界面不遵从光的反射和折射定律

光的折射和反射定律是几何光学的基础。但是美国哈佛大学物理学家用一系列实验演示了光线的传播可以不遵从这些经典定律。这意味着，或许有一天当你用一块平面镜端详自己容貌时，看到的却是哈哈镜的变形效果。光在不同介质中的传播速度不一样。当一束光从空气中斜射向水中，光束的传播方向会发生改变，这就是所谓的折射现象。它的准确表述即折射定律是很多年前由物理学家斯涅尔、数学家笛卡尔以及费马确立的。

　　这一定律表明，光线在界面的折射角仅由光在两种物质中的传播速度决定。而早在古希腊时期由欧几里德发现的反射定律更简单：光的反射角等于入射角。

　　经典的反射和折射定律都很自然地认为一个界面仅仅是区分两种物质的理想边界，换句话说，是两种介质而不是它们的截面影响了光的传播。哈佛大学研究人员的创新在于意识到界面可以成为决定光的传播的因素。他们的实验表明，精巧设计的界面能够干预光的传播。

　　研究人员利用硅片和空气界面处一层薄薄的金属阵列来演示一系列违背经典反射和折射定律的现象。这个阵列中的每个组成单元都类似微小的英文字母“V”，其大小和间距都远小于光的波长以及入射光束横截面的尺寸。这些“V”字形的单元的大小、夹角和朝向都不同，这样设计是为了控制光波和不同单元的相互作用时间：每个金属“V”都类似一个光的陷阱，能够将光波“囚禁”一段时间再释放出来。

　　阵列的设计使得这个“囚禁”时间沿界面从右向左线性增加，这样即使垂直入射，光束不同部分经历不同的时间延迟，透射以及反射光束就不再沿着垂直于界面的方向传播了。而当光以倾斜的角度入射，按不同的“界面”设计，反射和折射光可以被操纵朝向任何方向。反射角不一定等于入射角，反射光甚至可以被“反弹”回光源方向，而不是像一般情况那样折向远离光源方向。这就是平面镜可以有哈哈镜的效果的原因。

　　这项成果2日发表在美国新一期《科学》杂志上，第一作者虞南方目前在哈佛大学工程和应用科学学院做博士后研究，虞南方2004年本科毕业于北京大学电子学系，2009年在哈佛大学获博士学位。

　　利用界面来控制光束不同部分的时延是一个具有革新意义的概念。虞南方告诉记者，他们已用这种人工界面产生了“光涡旋”，这种奇异的光束在空间里螺旋前进，因而可以用来操纵旋转微小的悬浮颗粒。他预计，这一概念将衍生出一系列有用的光学元件，比如可以纠正相差的超薄平面聚焦镜片、可以采集大范围入射阳光的太阳能汇聚装置。哈佛大学目前已就这一成果提出专利申请。

zhaochendong	2011-09-05 10:19
顶科技，科技天天在飞速发展！！！

custfeifei	2011-09-05 10:31
这是不是可以做成传说的光容器件

doucan	2011-09-05 11:21
从每个阵列单元来说，光线还是遵从光的反射和折射定律。

qdwei	2011-09-05 11:25
科技创新，，，

晴空细雨	2011-09-05 11:27
定理是用来证明与被证明的

hsj8641043	2011-09-05 11:35
微结构改变，那不是还遵循反射和折射嘛！

lxjangela	2011-09-05 12:22
好厉害。。。

tassy	2011-09-05 12:32
结构改变，那反射和折射不变嘛！

deathyiyan	2011-09-05 12:34
咕~~(╯﹏╰)b……好厉害真心…… ,8SWe

deathyiyan	2011-09-05 12:36
其实不能叫改变定律吧？是微结构导致问题复杂化了

giscjj	2011-09-05 13:01
我不太清楚你们再研究

mj52814113	2011-09-05 13:32
其大小和间距都远小于光的波长以及入射光束横截面的尺寸。都比波长小了还谈什么几何光学啊...

dddjlahu	2011-09-05 13:44
不可思议的发现！

rxdfelix	2011-09-05 14:37
還是遵守定律，在深入的研究下去在未來就可以做出完美的隱身衣了

侽朲☆烟	2011-09-05 15:23
光学爱好者，报道

olaij	2011-09-05 15:40
这一发现的使用前景肯定巨大。

dafeng3210	2011-09-05 15:48
学习了。好好学习，天天向上

wlei781	2011-09-05 15:49
科技啊，科技

drymatini	2011-09-05 17:10
这已经不能算是一个平面了不得不说很有创新但以违背折反定律为噱头很是无聊

362429208b	2011-09-05 17:25
结构改变，那反射和折射不变嘛

lingluo	2011-09-05 18:10
不能算做违背光的折反射定律吧，本身定律也是有适用范围的

心语	2011-09-05 20:02
有发现！

cqh123com	2011-09-05 21:18
学习了哦。。。

梦飞翔	2011-09-05 21:32
科学就是在发现证实，证实发现中不断前进滴~~

guangxuedz	2011-09-05 21:32
什么东西都是可以改变的

zhangkong	2011-09-05 22:35
顶科技，科技

carlon	2011-09-05 23:01
大学的时候，听一个院士的报告，说是正在研究负折射物质，该物质的对光的作用是与折射定律相反。 _sm;HH7'* 这个虽然说是违法折射定律，但也还是有规律的。 C@)pmSQ 你说的这个人工界面，应该也有他的规律吧。只是与传统的折射反射有区别而已

faithfulfans	2011-09-05 23:04
It's interesting!

nxf222	2011-09-05 23:16
就要金币！！ qp1\I$Y

缘睐汝痴	2011-09-05 23:23
每天静下来看看，很有收获的

tassy	2011-09-06 01:45
传说中的...可以不遵守光的反射和折射定律的...

honghe0769	2011-09-06 08:10
可以不遵守光的反射和折射定律?!

chrisking	2011-09-06 08:14
吸收新知,感謝分享.

hanlinvan	2011-09-06 08:22
有突破啊

iris_1017	2011-09-06 08:37
从每个阵列单元来说，光线还是遵从光的反射和折射定律。

huxingong	2011-09-06 09:05
所谓的人工界面不就是等价于一个黑盒子么，但这不能说明光的传播不遵循经典的反射和折射定律啊。。。。。。。。。。。。

夜之赞歌	2011-09-06 09:10
哎基础研究啊

cxh陈小辉	2011-09-06 09:31
物质折射率成抛无曲线

cheneyguo	2011-09-06 10:07
dingding

virtuexu	2011-09-06 10:09
这题目不合适，本质上还是遵从反射折射定律的，只是认为改变光波局部光程，使得整个光束不同部位之间光程发生改变而已。不过的确挺有创意的。

2009rmrich	2011-09-06 11:15
这样会不会产生干涉？

gmfc	2011-09-06 15:33
太牛了啊

raindicy	2011-09-06 16:33
这科普杂志的题目确实有一些哗众取宠之嫌 6$W-? 简单看了一下文章 5Z^$`$/.v# 主要是在光线传播中增加引入了一个相位突变或者说相位间断点 \|M[v493\ 这和传统的光线传播中渐变相位有着本质区别 K~7'@\2 ?

yishuizhit	2011-09-06 21:35
不错，值得拜读。。。。

神圣天使之一	2011-09-06 22:16
给力哥就是学光的嘎嘎

optifdtd	2011-09-07 08:54
引用第3楼doucan于2011-09-05 11:21发表的 : >#${.+y 从每个阵列单元来说，光线还是遵从光的反射和折射定律。 $5q{vy :kf3_?9rc !5g)3St 同意此说法

adomslion	2011-09-07 09:21
楼主，谢谢分享。 2uI`$A: 能不能把原文传上来啊？

raindicy	2011-09-07 16:52
http://www.sciencemag.org/content/early/2011/08/31/science.1210713 5sffDEU]A

xull127	2011-09-08 16:29
反射和折射本来就是光孔远大于波长情况下衍射的近似，可以不遵从，衍射遵从就行

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