科普 科学家首次演示光线如何挤过细微小孔的过程

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2008-05-12 10:42:16　来源: 网易探索(广州)　网友评论 5 条 点击查看　　光线是如何穿越比其波长还要小的小洞？一个由多国科学家组成的研究小组首次成功地演示光线是如何穿过细微小孔并发生衍射现象的。


光线穿过小孔的衍射图





太赫辐射示意图


网易探索5月12日讯，据美国每日科学网站报道，光线是如何穿越比其波长还要小的小洞？一个由多国科学家组成的研究小组首次成功地演示光线是如何穿过细微小孔并发生衍射现象的。此最新成果发表在5月8日出版的《光学快报》杂志上。

从物理学知识来看，要让光线通过一个比其一半波长还要小的小孔是异常困难的。然而，在其他科学家的协助下，荷兰代夫特理工大学的研究人员利用太赫（频率单位，等于百亿赫兹）辐射测量技术，首次成功地洞悉了这一过程。

这种太赫辐射是频率为百亿赫兹的远红外线光。利用这种辐射，研究人员们可以测量穿透小孔的光在小孔周围形成的电场力，而不是平常所测量的穿透光的光线强度。而光的电场力比光强度更能揭示光在此种情况下的表现方式。由于晶体的折射率在不同的电场中略有变化，因此，科学家通过激光束来测量小孔附近的晶体的折射率的变化，就能精确测量电场力的大小。

代夫特理工大学的保罗·普兰肯教授说：“由于技术不够成熟，因此从未没有人对这个过程进行过完整的测绘。”该实验就是所谓的“鲍卡姆普模型”，是以荷兰飞利浦公司的一位研究人员的名字命名的，他于1950年创造了光穿过小孔的理论模型。根据鲍卡姆普的预测，电场强度在小孔的边缘处最大，且电场强度会随着太赫光频率的下降而减小。

这次实验首次证实了鲍卡姆普模型的真实性。在此实验中，科学家发现即使小孔比光波长度小50倍，仍有足够的光穿过小孔，且能达到小孔周围可测量的电场强度。这一技术还使研究人员们能够记录光线穿过小孔的整个过程，从而可以让科学家放慢一万亿倍的速度来观察此详细过程，了解光线是如何穿越小孔的，以及后来的光波又是如何以环形波形式向外扩散的。

普兰肯及其同事的这些新发现不仅是基础科学的重大成果，还将有助于开发太赫显微镜的使用。从长远来看，普兰肯希望能使用此细微小孔来改进太赫光源。因为这些光源孔越小，利用太赫显微镜所获得的图像就越清晰，就越容易测量微小数量的物质。

太赫辐射是一种电磁辐射，目前正日益频繁地用来生成图像。毕竟许多材料，如纸、布和塑料都会阻止可见光的穿过，但在太赫辐射面前却是透明的。至今为止，太赫显微镜还没有产生如此清晰的图像。随着更强大和更小的光源和更加灵敏的探测器的开发，将可以大大提高太赫显微镜生成图像的能力。比如，用太赫辐射来观察生物细胞。（尼特） (本文来源：网易探索 )