格拉斯哥大学研发创新光引导技术 可望突破医学成像及核反应堆领域
时间：2024-11-14 10:27
小编：小世评选
近日，来自英国格拉斯哥大学的物理学研究团队取得了一项重要突破，开发出了一种新型光引导技术。这项创新的技术灵感来源于阳光在云层中被水滴散射的现象，其核心在于能够有效引导光线并实现“拐弯”。科学生态的深化与技术发展的紧密结合，为医学成像、散热系统和核反应堆等领域带来了广阔的前景。
根据《自然・物理学》杂志上发表的相关研究成果（DOI:10.1038 / s41567-024-02665-z），该团队的光引导技术通过一种被称为“波导”的效应来实现。与传统光纤电缆利用光的反射原理不同，这项技术则是通过散射来引导光。具体而言，光线通过一个低散射材料的固体核心进行传输，而这个核心被包裹在散射更强的材料中。这种不同材料之间散射特性的差异有助于将光限制在核心内部，并高效、精确地进行传导。
格拉斯哥大学极端光研究小组的丹尼尔·法西奥教授强调，云层中的光散射现象是这一研究的启发来源。在高积云中，阳光经云层多层水滴的散射，导致云层的底部显得暗淡，而顶部则因为反射作用而显得明亮。“我们的目标是能否控制这种散射效应，进而利用它来创造一条可控的路径，以引导光线穿过这些散射材料。”法西奥教授表示。
为实现这一设想，研究团队利用3D打印技术制造出一种低散射核心的高散射不透明白色树脂结构。在试验中，他们发现，采用低散射核心的结构所传输的光通量比普通结构高出100倍以上。实验结果表明，无论是直线还是曲线结构，通过这种新型光引导技术都取得了令人瞩目的效果。
为了更好地理解和利用这种现象，研究小组还开发了一个综合数学模型，解释支撑其研究成果的扩散物理过程。而这个模型与已有的热量在固体材料中传输的方程式极为相似，预示着这项新技术在未来的广泛应用潜力。
值得一提的是，该研究的应用不仅局限于光引导。基于这一理论框架，研究人员认为他们的技术还可以用于热量的引导，从而在计算机系统的热管理方面开辟新的方向。还有可能将这一技术应用于核技术中，有效限制中子的传播行为。这为核反应堆的安全和效率提升提供了新的解决方案。
论文的主要作者、极端光研究小组成员凯文·米切尔博士表示：“我们研究的优势在于采取了全面的方法来探索全新光引导方式的可能性。从关键问题出发，我们通过实验进行了有效的演示，随后又用严谨的数学方法验证了我们的发现。目前，我们已建立了坚实的实践和理论基础，未来将继续探寻如何进一步应用这一技术。”
格拉斯哥大学的这一创新光引导技术，正如一束光，未来将开启医学成像、核能技术及更多领域的新篇章。随着研究的不断深入，期待这种技术在实际中的应用能够带来更多的意想不到的成果，造福人类社会的各个方面。
