分支光流的首次观测

来自以色列理工学院和中佛罗里达大学的物理学家在实验中观察到了液体肥皂膜中的光学分支流动。

波通过相关长度大于波长的弱无序势传播时，会产生令人惊讶的长而窄的细丝或分支。

缓慢变化的无序电势不会产生完全随机的斑点图案，而是会产生聚焦的细丝，这些细丝分裂形成类似树枝的图案。

这种现象称为分支流。它最初是在电子和微波腔中观察到的，通常认为它适用于波长差异很大的波。

“我们熟悉的事实是，当波在均匀介质中传播时，它们就会传播。但对于其他类型的介质，波的行为方式可能截然不同，“资深合著者、中佛罗里达大学光学与光子学学院研究员米格尔·班德雷斯教授说。

当我们有一种无序的介质，变化是平滑的，就像一幅山脉和山谷的风景，波就会以一种特殊的方式传播。

随着波的传播，它们将形成不断分裂的通道，形成一个类似于树枝的美丽图案。

在这项研究中，班德雷斯教授和他的同事将激光束耦合到肥皂膜上，肥皂膜含有随机变化的膜厚度。

他们发现，当光在肥皂膜中传播时，光不会被散射，而是会形成细长的分支，从而产生分支流动现象。

“在光学领域，我们通常努力使光保持聚焦，并以准直光束的形式传播，但在这里，令人惊讶的是，肥皂膜的随机结构自然使光保持聚焦。”第一作者Anatoly Patsyk是以色列理工学院物理系和固态研究所的博士生，他说：“这是自然界的另一大惊喜，”第一作者阿纳托利·帕赛克(Anatoly Patsyk)是以色列理工学院物理系和固态研究所的博士生。

来自物理系和固态研究所以及以色列理工学院拉塞尔·贝里纳米技术研究所的Uri Sivan教授补充道：“没有什么比发现新东西更令人兴奋的了，这是第一次用光波演示这种现象。”

“这表明，在简单的系统中也可以观察到有趣的现象，人们只要有足够的洞察力就可以发现它们。”因此，把来自不同背景和学科的研究人员的观点汇聚在一起，得出了一些真正有趣的见解。“。

我们用光波观察它的事实为研究打开了非凡的新可能性，首先是我们可以表征光在其中以非常高的精度传播的介质，以及我们也可以准确地跟踪这些分支并研究它们的性质。“。

“现在，有了这个观察，我们可以想到过多的新想法，”资深合著者莫迪凯·塞格夫(Mordechai Segev)教授说。他也来自物理系和固态研究所，以及以色列理工学院的拉塞尔·贝里纳米技术研究所(Russell Berrie Nanotechnology Institute)。

例如，使用这些光枝来控制液体中的流体流动，或者将肥皂与荧光材料结合，使这些枝条成为小激光。

或者使用肥皂膜作为探索波的基本原理的平台，例如从通常是扩散的普通散射到分支流，然后到安德森局部化的过渡。

“有很多方法可以继续这项开创性的研究。就像我们过去多次做的那样，我们愿意大胆地去以前没有人去过的地方。“。

该团队的论文发表在2020年7月1日的“自然”杂志上。

A.Patsyk等人。2020年。对分叉光流的观察。自然583，60-65；DOI：10.1038/s41586-0202376-8