在自由空间中 激光束的光波在完美的直线上传播

波浪并不总是均匀地传播到所有方向，但可以形成显着的“分支流动”。在TU Wien(维也纳)，现在已经开发出一种控制这种现象的方法。

在自由空间中，激光束的光波在完美的直线上传播。然而，在某些情况下，波浪的行为可能会复杂得多。在存在无序，不规则的环境中会出现一种非常奇怪的现象：入射波分裂成若干路径，它以复杂的方式分支，到达一些高强度的地方，同时几乎完全避开其他地方。

这种“分支流”首先在2001年被观察到.TU Wien(维也纳)的科学家们现在开发了一种利用这种效应的方法。这种新方法的核心思想是仅在一个预先选定的分支上发送波形信号，这样波在其他地方几乎不可察觉。结果现已发表在PNAS期刊上。

从量子粒子到海啸

“最初，这种效应是在研究电子通过微小结构作为量子波移动时发现的，”TU Wien理论物理研究所的Stefan Rotter教授说。“然而，这种结构永远不会完美，它们总会带来某些不完美之处;而且令人惊讶的是，这些缺陷导致电子波分裂成分支 - 这种效应被称为分支流动。”

很快，事实证明，这种波现象不仅发生在量子物理学中。原则上，它可以在所有类型的波浪和完全不同的长度尺度上发生。例如，如果将激光束发送到肥皂泡的表面，它们会分裂成几个部分光束，就像海洋中的海啸波一样：后者不会经常在海洋中传播，而是以复杂的方式传播，分支模式取决于波纹海洋海床的随机形状。结果，可能发生一个遥远的岛屿被海啸袭击得非常严重，而邻近的岛屿只能通过更弱的波浪前线到达。

“我们想知道这些波是否可以通过这样的方式进行操作，即它们只沿着一个选定的分支行进，而不是沿着完全不同方向的整个分支网络传播，”AndreBrandstötter(TU Wien)说，该出版物的作者。“事实证明，确实可以以受控的方式定位各个分支机构。”

分析和适应

新过程只需两个步骤：首先，允许wave像往常一样在所有可能的路径上分支出来。在高强度到达的其中一个位置，详细测量波。然后可以使用在TU Wien开发的方法来计算波必须在原点处成形的方式，以便在第二步中可以沿着一个选定路径发送波，同时避开所有其他路径。

“我们使用数值模拟来展示如何找到一种行为与我们想要的完全相同的波形。这种方法可以使用各种不同的方法来应用，”Stefan Rotter说。“您可以使用通过特殊镜子系统调整的光波或使用耦合扬声器系统产生的声波来实现它。海洋中的声纳波也是一个可能的应用领域。无论如何，必要的技术已经有了。“

利用这种新方法，所有这些不同类型的波可以沿着从复杂路径网络中预先选择的单个轨迹发出。“这条轨迹甚至不必是直的，”AndreBrandstötter解释道。“许多可能的路径都是弯曲的 - 周围环境的不规则就像一组镜头一样，波浪一次又一次地聚焦和偏转。”

甚至可以沿着这些特殊路径发送脉冲信号，从而可以有针对性地传输信息。这可以保证波信号准确到达应该接收的位置; 在其他地方很难被发现，这使得窃听变得更加困难。