想讓波「聽從安排」到達正確位置？試試這種方法

研究人員希望通過合理地「塑造」入射波，達到控制分支波的目的。在圖A中，研究人員展示了實驗中某個無序波的波參數，在圖B中，研究人員展示了輸出強度與橫坐標的函數關係。編號1~7標註了分支波到達輸出點的強度最大值。

在自由空間中，激光束的光波可以實現完美的直線傳播。然而，在現實情況下，波的傳播行為可能會複雜得多。例如，在無序、非規則環境中，波會表現出一種非常奇特的狀態：入射波分裂成多個複雜的「分支流」，最終以高強度到達某些位置。

sciencedaily.com網站6月24日報道，奧地利維也納技術大學的研究人員開發出了能夠利用「分支流」效應的方法。新方法的核心思路是只沿著一個預先選定的分支發送波信號。相關研究結果發表於《美國國家科學院院刊》。維也納技術大學理論物理研究所教授Stefan Rotter說：「最初，分支流效應是科學家在研究電子以量子波形式穿過微觀結構時發現的。微觀結構的缺陷導致電子波分裂為分支波。」很快，研究人員發現分支流現象不僅存在於量子物理學中。理論上講，分支流現象幾乎涉及所有類型、各種尺度的波。例如，激光束接觸到肥皂泡表面後會形成多個分流——正如海嘯的擴散，海嘯的分支模式取決于海床的隨機形貌。因此很有可能發生這樣的情況：一個遙遠的海島遭受海嘯的重創，而臨近的島嶼則僅僅是受到弱得多的影響。論文第一作者、維也納技術大學研究人員Andre Brandst?tter說：「我們希望了解波是否能被人為操控，使其只沿著特定的支路傳播。事實證明，這確實是可行的。」

新方法只涉及兩個步驟：首先，波按常規情況在所有可能的路徑上分支，接著，研究人員對以高強度抵達某位置的波進行詳細測量。維也納技術大學開發的方法可以計算波在原點的形狀。因此在第二步時，研究人員可以選擇特定路徑發送波。Rotter解釋說：「我們使用數值模擬方法來找到符合預期的波。這種方法可以通過多種方式實現。例如，用特殊反射鏡系統調節光波，用耦合揚聲器系統產生聲波等。無論如何，實現特定分支波的技術已經比較成熟。」Brandst?tter補充說：「在新方法幫助下，不同類型的波都在複雜的路徑網路中沿著預先選擇的特定軌跡傳播，並且這條軌跡線甚至不必是曲線。彎曲的路徑和不規則的環境就像透鏡組，使波一次又一次地被聚焦和偏轉。」

Rotter等認為，脈衝信號也有望沿著特定路徑發送。有針對性地傳輸信息，可以保證波信號準確到達既定接收位置，從而降低被檢測、截獲或竊聽的可能性。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：三水

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