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科學人／研究證實雷射光可投射出陰影「光控光」技術未來將實現？

雷射光束有时可以像固体一样，投射出肉眼可见的阴影。图片中，穿过蓝色背景的水平线为阴影。图／RA Abrahao、HPN Morin、JTR Pagé、A. Safari、RW Boyd、JS Lundeen

「光有没有影子？」这听起来像是哲学上的难题，最近发表于《光学》（Optica）上的研究指出，在特定条件下，雷射光束竟然可以像不透明物体一样，投射出阴影。

从午餐话题到科学突破

布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的科学家们在一次午餐时聊到，3D模拟软体里经常将雷射光束绘制成实心的柱状物，忽略了雷射的物理特性，使得雷射光束的影子被描绘出来。于是他们就好奇：既然软体可以「假装」雷射有阴影，那么现实中这种情况是否真的存在？

结果，这个饭后话题，成了研究团队的实验课题。带头的科学家拉斐尔·A·阿布拉奥（Raphael A. Abrahao）表示：「这实验从一场好玩的聊天开始，但结果让我们对光的理解完全改观。」

雷射光如何产生阴影？

研究人员在实验中使用了一块标准红宝石晶体，并让高功率绿色雷射光束穿过晶体，同时用蓝色雷射从侧面照射。当绿色雷射进入红宝石后，它改变了晶体内部对蓝光的光学反应。

两个光源之间的相互作用在萤幕上产生了一个阴影，显示为绿色雷射阻挡蓝光的暗区。这块暗区满足阴影的所有标准：肉眼可见，遵循其落在表面的轮廓，并且与作为物体的雷射光束的位置和形状一致。

这种阴影现象背后的原因是「非线性光学吸收」效应。当绿色雷射进入红宝石时，局部增强了对蓝光的吸收，导致蓝光在萤幕上的部分区域变得更暗。

阴影的对比度与精确度

研究团队进一步测量了阴影的对比度，发现最大对比度约为22%，这相当于晴天时树影的清晰度。这项实验不仅在理论上满足了阴影的所有定义，也通过实验证实了其可重现性。

此外，团队还开发了一个理论模型，准确预测了阴影对比度与雷射功率之间的关系，为未来的光学应用提供了数据基础。

实现「光控光」的可能性

这项发现不仅具有学术意义，还可能带来实际应用。例如，在光学开关中，雷射光可用来控制另一道光的传输，实现「光控光」的技术，为高功率雷射设备提供更精确的光线控制方法。

阿布拉奥表示：「这不仅仅是一个有趣的现象，它扩展了我们对光与物质相互作用的理解，并可能在未来带来革命性的技术应用。」

科學人／研究證實雷射光可投射出陰影 「光控光」技術未來將實現？