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3D打印的白色塊狀材料，內(nèi)有彎曲通道，可以引導(dǎo)光散射。圖片來源：格拉斯哥大學(xué)

本報訊（記者沈春蕾）近日，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種可以使光線自行拐彎的技術(shù)。該技術(shù)靈感來自云層散射陽光，未來有望推動醫(yī)學(xué)成像、電子冷卻、核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)等進(jìn)一步發(fā)展。11月1日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-物理》。

據(jù)介紹，該技術(shù)原理與云、雪和其他吸收光的白色材料的反射原理類似，一旦光子撞擊到這類材料的表面，它們就會向各個方向散射，且?guī)缀鯚o法穿透材料或者沿著原路反射。例如，當(dāng)陽光照射到一片由水滴組成的積雨云上時，它會從頂部反彈，使這部分云層看起來是明亮的白色，而由于到達(dá)云層底部的光線太少，以至于這部分看起來是灰色的。

“這些反彈的光子會向四周彈跳，試圖用各種方法進(jìn)入材料內(nèi)部。”英國格拉斯哥大學(xué)教授丹尼爾·法喬（Daniele Faccio）說，“最終，光子還是無法進(jìn)入，并被反射回來。這就是散射。”

為了還原這一過程，研究團(tuán)隊(duì)用3D打印技術(shù)打印出不透明的白色塊狀材料，同時在物體內(nèi)部留下一些薄薄的透明樹脂隧道。當(dāng)光線照射到白色塊狀材料時，會進(jìn)入這些隧道并發(fā)生散射，就像光線照射在雪或云上發(fā)生反射一樣。研究團(tuán)隊(duì)利用這一方法制備了一系列塊狀材料，以有組織地引導(dǎo)光線通過。

據(jù)了解，這些3D打印的物體在功能上類似于光纖電纜，但這兩者的工作原理有根本上的不同。光纖電纜通過內(nèi)部不斷反射來引導(dǎo)光傳輸，當(dāng)光試圖離開電纜內(nèi)部的塑料或玻璃芯時，它們會撞擊另一種折射率較低的材料，并被反射回內(nèi)部。用這種方式，光可以一次傳輸幾公里，甚至拐彎。

研究人員表示，與沒有透明隧道的實(shí)心塊狀材料相比，他們制備的塊狀材料將透光率提高了兩個數(shù)量級以上，還允許光線自行拐彎。雖然這種材料比光纖效率低很多，很難實(shí)現(xiàn)光纖所能達(dá)到的遠(yuǎn)距離傳輸，但這種材料的優(yōu)勢在于簡單且便宜。

讓光彎曲還可以在現(xiàn)有的半透明物體的隧道里實(shí)現(xiàn)，如脊柱中的肌腱和液體，為開展醫(yī)學(xué)成像提供了新方法。法喬說，其在冷卻系統(tǒng)和核反應(yīng)堆等一系列工程應(yīng)用中也有用武之地。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-024-02665-z

3D打印的白色塊狀材料，內(nèi)有彎曲通道，可以引導(dǎo)光散射。圖片來源：格拉斯哥大學(xué)

本報訊（記者沈春蕾）近日，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種可以使光線自行拐彎的技術(shù)。該技術(shù)靈感來自云層散射陽光，未來有望推動醫(yī)學(xué)成像、電子冷卻、核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)等進(jìn)一步發(fā)展。11月1日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-物理》。

據(jù)介紹，該技術(shù)原理與云、雪和其他吸收光的白色材料的反射原理類似，一旦光子撞擊到這類材料的表面，它們就會向各個方向散射，且?guī)缀鯚o法穿透材料或者沿著原路反射。例如，當(dāng)陽光照射到一片由水滴組成的積雨云上時，它會從頂部反彈，使這部分云層看起來是明亮的白色，而由于到達(dá)云層底部的光線太少，以至于這部分看起來是灰色的。

“這些反彈的光子會向四周彈跳，試圖用各種方法進(jìn)入材料內(nèi)部。”英國格拉斯哥大學(xué)教授丹尼爾·法喬（Daniele Faccio）說，“最終，光子還是無法進(jìn)入，并被反射回來。這就是散射。”

為了還原這一過程，研究團(tuán)隊(duì)用3D打印技術(shù)打印出不透明的白色塊狀材料，同時在物體內(nèi)部留下一些薄薄的透明樹脂隧道。當(dāng)光線照射到白色塊狀材料時，會進(jìn)入這些隧道并發(fā)生散射，就像光線照射在雪或云上發(fā)生反射一樣。研究團(tuán)隊(duì)利用這一方法制備了一系列塊狀材料，以有組織地引導(dǎo)光線通過。

據(jù)了解，這些3D打印的物體在功能上類似于光纖電纜，但這兩者的工作原理有根本上的不同。光纖電纜通過內(nèi)部不斷反射來引導(dǎo)光傳輸，當(dāng)光試圖離開電纜內(nèi)部的塑料或玻璃芯時，它們會撞擊另一種折射率較低的材料，并被反射回內(nèi)部。用這種方式，光可以一次傳輸幾公里，甚至拐彎。

研究人員表示，與沒有透明隧道的實(shí)心塊狀材料相比，他們制備的塊狀材料將透光率提高了兩個數(shù)量級以上，還允許光線自行拐彎。雖然這種材料比光纖效率低很多，很難實(shí)現(xiàn)光纖所能達(dá)到的遠(yuǎn)距離傳輸，但這種材料的優(yōu)勢在于簡單且便宜。

讓光彎曲還可以在現(xiàn)有的半透明物體的隧道里實(shí)現(xiàn)，如脊柱中的肌腱和液體，為開展醫(yī)學(xué)成像提供了新方法。法喬說，其在冷卻系統(tǒng)和核反應(yīng)堆等一系列工程應(yīng)用中也有用武之地。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-024-02665-z