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科学家发现“捕捉”光线的新方法,可能开创光通讯技术时代
发表于:2005-12-30 作者:
 

    美国普林斯顿大学研究人员的最新发现可能开发出一种控制光线传输的新方法,这一方法能开创新一代的光通讯技术以代替电通讯技术。

    新的发现能应用于开发新的体系结构,这一结构与水管中的转向头起到相同作用,可以用在光通路中使光线改变方向。目前在电脑、电视和其它设施中所使用的光纤能高速、高效地传送光,但不能大角度的折弯。光脉冲中的信息在转向至合适的目的地或被储存前必须转化成麻烦的电信号。

    8月18日一期的《自然》杂志中详细介绍了一次实验,研究人员构筑了一个由聚合物纤维组成的三维准晶模型,以测试这样的结构是否能控制光线的通路。准晶是一种不常见的固态,由两大基块或由几组原子构成,两种不同间距的基块反复叠加构成了整个结构。而通常的水晶是由同一间距的基块叠加构成的。这一区别使得准晶有着普通水晶所没有的球对称性。

    普通水晶曾被认为是组成光通路转接器的最佳结构。但研究人员第一次证实准晶结构更适合用来捕捉并使光线转向,因为它们的结构更接近于球形。它们的模型,有着如足球一样的对称性,表明准晶设计可以阻塞光线“逃逸”,不管这光线是往哪个方向传播的。

    这一发现代表了新兴的光通讯领域的新成就,这一领域主要研究如何使用光代替电来作为传输和处理信息的媒介。而这些研究可能会引导开发出更加快速的通讯和计算机设备。

    “对能阻塞光全向传导结构的研究在过去二十年里吸引了许多物理学家和工程师”普林斯顿大学的物理学家Paul Steinhardt说,他同时也是上述《自然》论文的合著者,他与宾夕法尼亚州州立大学的学生Dov Levine于1984年一起提出了“准晶”的概念。

    “控制光并像在电子电路中那样可以转向、开关、并处理光。这样的光学设备将在研究和通讯领域有着广阔的应用。” Steinhardt介绍说。

    合著者Paul Chaikin是前普林斯顿大学的教授,现在纽约大学软物质研究中心工作。他说:“最终,光将是比电传送信息的更好方式——它比电耗能更少,并更快。”

    这篇论文的另外一些合著者包括Weining Man,她参加这一项目并作为其在普林斯顿大学物理系博士课题的一部分,还有Mischa Megens, 一位荷兰飞利浦研究实验室的研究人员。

    为完成实验,研究人员构筑了世界上第一个三维光学准晶模型,这一模型比一个垒球略大,由4000厘米长的聚合物纤维组成。他们观察了某些角度的微波是如何被阻塞的,以确定这一结构能多大程度上控制通过它的光线。

    构建这一物理模型是一个突破,它比使用复杂的数学计算能更好地证明结构的价值,在先前评估光学准晶体在阻塞光线方面的能力时,一直存在着障碍。

    “在这一模型中,光子被阻塞,即便不被阻塞也无法通过计算。” Steinhardt说,“在实验室里,我们能构建一种设备来像计算机模拟一样高效地检查传输模式。”

    Chaikin补充说:“我们认为它有着实际的运用,而且我们也新发现了几种准晶的属性,而这些属性我们以前并不了解。”

    研究人员现在正探索能缩小这一结构的方法,以使得它能运用于使用可见光而不是微波的设备上。他们也在检查准晶的设计是否能应用于电子和声波设备上。

转载自:中国科技信息网Chinainfo。
 
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