中國科學家在光波波段發現逆多普勒效應

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新華社 上海理工大學光學工程學科團隊和澳大利亞研究人員合作，國際上首次在光波波段發現逆多普勒效應，這一物理界和光學界的重大發現成果被《自然·光子學》雜誌刊出，並有望使隱形斗篷等神奇技術在未來化為現實。
多普勒效應是指當觀察者和光波源之間存在著相對移動時，光波的頻率會發生改變的現象。例如當警車靠近時，人們會感到笛聲越來越刺耳，而警車遠離時，笛聲聲調會越來越低。光是一種電磁波，同樣具有多普勒效應，當光源和觀察者距離不斷靠近時，光頻率增高顏色變藍，反之，則變紅，這一現象被稱為光的正常多普勒現象。由於自然界的天然材料折射率都是正的，因此當光源與觀察者之間存在相對移動時，它們都只能產生正常多普勒效應。
逆多普勒效應指的是與多普勒效應發生相反的情況。就比如，如果將一根棍子放在水裏，人們可看到棍子發生彎曲，但如果把棍子放在一種擁有負折射率的物質中，這種彎曲方向則恰恰相反。這一違反物理常識的效應最早由前蘇聯物理學家在１９６８年做了理論預言，但一直未得到實驗證實。上海理工大學上海市現代光學重點實驗室在莊松林院士直接領導與參與下，由項目負責人陳家璧教授帶領王燕博士、梁斌明博士、耿滔博士等研究人員，向這一國際性難題發起了挑戰。
在７年的艱苦攻關中，課題組的研究人員製作了一種特殊結構的人造微納晶體“光子晶體”來實現負折射率，通過向這個獨特的光子晶體“超棱鏡”發射激光束，並改變激光在光子晶體中經過的路程，經過上百次實驗，才成功創造了多普勒效應逆轉現象。
據課題組研究人員介紹，光子晶體棱鏡的微米量級刻蝕深寬比達到了２５：１的國際先進水準。這意味著要使１億根直徑為頭髮絲１／３５、長度５０微米的粗細均勻硅介質圓柱整齊排列，刻劃在硅片上。由於刻蝕是從上往下進行，當刻蝕到深度比直徑大時，柱子直徑就難以控制，從而得到的不再是圓柱而是椎體。本實驗最終得到的光子晶體折射棱鏡，是一個由硅介質柱構成的頂角為６０度的棱鏡。激光從折射棱鏡的底邊垂直入射，然後從折射棱鏡的斜邊射出，入射光與出射光位於斜邊法線的同側，折射率是負值。
莊松林院士介紹說：逆多普勒效應將推動如隱形斗篷等科幻技術未來的發展。所謂隱形，就是使光線如同流水一般繞過物體，物體後面的東西依然能夠被人眼所見，這樣物體仿佛就成為透明隱形的；隱形斗篷能夠有效彎曲周圍的光線，人穿上後就成功隱身。目前美國研究人員已經在微波波段證實了隱形斗篷技術的可能。而在光波波段發現逆多普勒效應，隱形斗篷技術化為現實的速度可能會超過大部分人的想像。此外，這一成果還將在天文學、醫學、微電子工業等方面得到應用。