不再是科幻小說:澳洲研究人員已研發出表面牽引光束
澳洲科學研究中心(ARC)變革性元光學系統卓越中心(TMOS)的研究人員在利用元表面製造牽引光束方面取得了初步重大進展。這些光束能夠將粒子引向它們,其靈感來自科幻小說中虛構的牽引光束,而這種光束可以改變非侵入性醫療程序。
墨爾本大學的研究團隊在《ACS Photonics》上發表的研究報告中介紹了他們利用矽元表面產生的螺線管光束。先前的螺線管光束是透過笨重的特殊光調製器(SLM)產生的,但這些系統的尺寸和重量使光束無法用於手持設備。元表面是一層奈米圖案矽,厚度僅1/2000毫米。研究小組希望有一天能用它以非侵入性的方式進行活組織切片檢查,而不像目前的鑷子等方法會對周圍組織造成創傷。
光束往往會產生推力,使粒子遠離光源。事實證明,電磁光束會將粒子引向光源,參考下鑽頭的工作原理,它將木屑拉向鑽頭。電磁光束的工作原理與此類似。
與先前產生的電磁橫樑相比,這種特殊的電磁橫樑有幾個優點:輸入橫樑的所需條件比以前的橫樑更靈活,它不需要SLM,而且尺寸、重量和功率要求都比以前的系統低得多。
元表面是透過映射所需光束的相位全像圖來創建的。這被用來創建圖案。然後使用電子束微影技術和反應離子蝕刻技術用矽製作元表面。當輸入光束(在本例中為高斯光束)濾過元表面時,大部分光束(約76%)會轉換為電磁波光束,並從未曾轉換的光束中彎曲出來,從而使研究人員能夠無障礙地使用光束。他們能夠在21 公分的距離上確定光束的特性。
首席研究員瑪麗亞姆-塞塔雷(Maryam Setareh)說:「這種裝置體積小巧、效率高,未來可能會有創新應用。利用元表面牽引顆粒的能力可能會對活檢領域產生影響,透過微創方法減少疼痛。
Setareh說:”我們很高興能研究我們的設備在粒子操縱方面的性能,這將為我們提供寶貴的見解。”
首席研究員肯-克羅澤(Ken Crozier)說:「這項研究的下一階段將是透過實驗證明光束拉動粒子的能力,我們將很高興在獲得這些結果後與大家分享。這項工作為利用光對微小物體施力開啟了新的可能性。