有很多類型的光，有些是可見的，有些是人眼看不見的。例如，我們的眼睛和大腦沒有工具可以在紫外線照射到我們的眼睛時使其不可見。但是還有另一種看不見的光，僅僅是因?yàn)樗肋h(yuǎn)不會到達(dá)我們的眼睛。當(dāng)光線照射到某些表面時，它的一部分會粘在后面并留在后面，而不是被傳輸或散射開。這種類型的光稱為近場光。

如今，近場光主要用于超高分辨率顯微鏡，即近場掃描光學(xué)顯微鏡(NSOM)。但是，近場光在粒子操縱，傳感和光學(xué)通信方面也具有未開發(fā)的潛力。但是，由于近場光無法像遠(yuǎn)場光那樣進(jìn)入我們的眼睛，因此研究人員尚未開發(fā)出全面的工具包來利用和操縱近場。

哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的客座教授Vincent Ginis說：“今天，我們有很多工具和技術(shù)來設(shè)計遠(yuǎn)場光。” “我們有透鏡，望遠(yuǎn)鏡，棱鏡和全息圖。所有這些東西使我們能夠雕刻出在太空中自由傳播的光。”

吉尼斯還是布魯塞爾弗里耶大學(xué)的教授。

現(xiàn)在，SEAS研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種模制近場光的系統(tǒng)，從而為對這種強(qiáng)大的，很大程度上未開發(fā)的光進(jìn)行前所未有的控制打開了大門。這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

“多年來，我們小組已經(jīng)開發(fā)出了強(qiáng)大的新技術(shù)，可以使用亞波長圖案的超表面來構(gòu)造傳播的光，” Federico Capasso，羅伯特·華萊士應(yīng)用物理學(xué)教授和Vinton Hayes電機(jī)工程高級研究員，該論文的高級作者說。 。“通過這項(xiàng)工作，我們將展示如何在遠(yuǎn)處構(gòu)造近場，從而為科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域帶來令人興奮的機(jī)遇。”

為了操縱近場光，研究人員開發(fā)了一種裝置，其中限制在波導(dǎo)中的光在兩個反射器之間來回反彈。每次彈跳后，它都會改變模式，這意味著它會以不同的空間模式傳播。多次反射時，這些圖案加起來會沿波導(dǎo)生成復(fù)雜的光強(qiáng)度曲線。波導(dǎo)表面附近的近場光也會改變。當(dāng)近場光的所有不同圖案彼此疊加時，將創(chuàng)建特定的形狀。研究人員可以通過調(diào)整反射光的模式幅度來對形狀進(jìn)行預(yù)編程。

該論文的共同作者，SEAS的研究人員Marco Piccardo說：“所有這些模式的共存都可以設(shè)計成在設(shè)備表面隨意創(chuàng)建近場風(fēng)景。“景觀的形狀取決于級聯(lián)光的組合屬性。”

“有點(diǎn)像音樂，”吉尼斯說。“您聽到的音樂是許多音符或以作曲家所構(gòu)想的模式組合而成的模式的疊加。僅一個音符就不多了，但放在一起就可以產(chǎn)生任何類型的音樂。當(dāng)音樂及時運(yùn)轉(zhuǎn)時，我們接近場發(fā)生器在三維空間中運(yùn)行，我們設(shè)備的另一個有趣之處在于，一個音符會產(chǎn)生另一個音符。”

重要的是，該成型過程是遠(yuǎn)程發(fā)生的，這意味著設(shè)備的任何部分都不會與近場光直接相互作用。這減少了干擾，這對于諸如粒子操縱的應(yīng)用而言很重要，并且與目前在諸如金屬尖端和納米粒子上的光的照耀附近領(lǐng)域的本地局部方法大相徑庭。

為了證明他們的設(shè)計，研究人員將近場光塑造成大象的形狀?；蛘撸唧w地說，是蟒蛇縮頸內(nèi)的一頭大象，向安托萬·德·圣艾修伯里(Antoine deSaint-Exupéry)的經(jīng)典作品《小王子》中的戲劇致敬。

研究人員還將光線塑造成曲線，平穩(wěn)和直線。

卡帕索說：“這項(xiàng)研究為近距離光的三維控制提供了新的途徑。” “這預(yù)示著我期望未來這項(xiàng)工作會帶來令人興奮的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)展。”