根據我們的日常經驗，從一面完全平整的鏡子反射出來的光線會產生不變形的影像。 然而，當光場的結構更為複雜時，就會產生微小的變形。坦佩雷大學的研究人員現在首次在實驗室中觀察到了這些微妙的變形。 他們的研究結果證實了十多年前關於這個基本光學效應的理論預測。 此外，這項研究也展示瞭如何將此現象應用於材料特性分析等技術。

光是一種波。 一個多世紀以來，科學家已經知道了這個簡單的說法，但光學和光子學研究人員仍在不斷發現和探索光波的新特性和新應用。 坦佩雷大學的量子光學實驗小組（EQO）研究光的形狀或結構的細微差別。 光的結構已成為現代光學的重要課題，其研究進展涉及量子物理學基礎、資訊科學和光通訊等多個領域。

物體對扭曲光場的反射示意圖，顯示拓樸像差效應。 圖片來源：坦佩雷大學拉斐爾-巴羅斯（Rafael Barros）

在最新研究成果中，研究人員發現，當光束從鏡子等完全平坦的物體反射出來時，其形狀會輕微變形。 雖然這種變形非常小，但卻包含了物體本身的重要訊息，例如它的材質。 這種所謂的拓樸畸變效應早在十多年前就被英國的研究人員預測到了，現在首次被觀測到了。

EQO小組組長 Robert Fickler（Robert Fickler）副教授解釋：「雖然觀測形變的一般想法看起來相當簡單，但我們花了一年多的時間來完善實驗，並調整原始理論，以便將這種效應與實驗研究中自然出現的所有其他光束形變區分開來。

隨著近年來光波整形技術的進步，結構光領域在近幾十年來蓬勃發展。 人們對這一領域的興趣主要來自於所謂的扭曲光波，這種光波不僅以光速傳播，而且在傳播過程中還會旋轉。

” 這些扭曲光場的奇特之處在於，它們中有一些點是完全黑暗的，我們稱之為光學漩渦，就像水中的漩渦，而漩渦本身是無水的。我們所做的就是觀察當光束與平面物體相互作用時，這些漩渦是如何穿行和移動的，以及我們能從這些移動中學到什麼”，該研究的主要作者、科學院博士後研究員拉斐爾-巴羅斯補充道。

光場中的旋渦動力學是一個長期研究的課題，通常被視為一個複雜的數學問題。 在他們的工作中，作者研究了扭曲光場的旋渦在物體反射時是如何移動的。 他們的研究表明，雖然每個光渦旋的運動方式都很複雜，但它們的集體運動是由物體的特性決定的，其方式簡單且可預測。 研究人員指出，他們的工作將為利用結構波測量材料特性帶來新的啟發。 這將為光學技術帶來新的變化。

編譯自/ SciTechDaily