科學(xué)家證明有可能通過(guò)銳聚焦某激光束并“扭曲”其偏振屬性來(lái)創(chuàng)建一種光莫比烏斯帶。莫比烏斯帶是3D幾何結(jié)構(gòu)，它們以只有一個(gè)邊的表面而著稱。這種令人著迷的形狀（它可輕易地由一個(gè)扭曲并連接成環(huán)的紙條而制成）在電路、化學(xué)復(fù)合物及甚或音樂(lè)理論中都可找到用途。研究人員說(shuō)，光莫比烏斯帶或在成像及奇異超材料光學(xué)制備中及其他應(yīng)用中找到用途。他們用一種液晶制造了其光學(xué)版本；該液晶可產(chǎn)生具有空間上變化偏振的激光束。研究人員接著用一種納米探針來(lái)確認(rèn)在該激光中出現(xiàn)了莫比烏斯偏振結(jié)構(gòu)。

　　近日，加拿大、歐洲和美國(guó)的研究合作通過(guò)光偏振實(shí)驗(yàn)性的產(chǎn)生了莫比烏斯帶（一種單側(cè)、不可定向的曲面），這證實(shí)了光的電磁場(chǎng)可以呈現(xiàn)這一奇特形狀的理論預(yù)測(cè)。莫比烏斯帶很容易創(chuàng)造，利用一條紙帶，扭轉(zhuǎn)一次然后將兩端結(jié)合，這樣你就創(chuàng)造了一個(gè)莫比烏斯帶：一種只有一邊的三維結(jié)構(gòu)。每年上百萬(wàn)名學(xué)生都會(huì)在學(xué)校進(jìn)行這個(gè)動(dòng)手操作。然而，發(fā)現(xiàn)自然產(chǎn)生的莫比烏斯帶則另當(dāng)別論。

　　“這是自然界里出現(xiàn)的莫比烏斯結(jié)構(gòu)的罕見(jiàn)例子之一。”美國(guó)羅切斯特大學(xué)光學(xué)和物理學(xué)教授、加拿大渥太華大學(xué)量子非線性光學(xué)加拿大卓越研究主席羅伯特.W.博伊德（Robert W. Boyd）這樣說(shuō)道。他是這篇發(fā)表在期刊《科學(xué)》上的文章的高級(jí)作者之一。展示光偏振狀態(tài)可以創(chuàng)造莫比烏斯帶是非常有趣的，它不僅可以提高對(duì)光學(xué)偏振的基本理解，也能夠被用于產(chǎn)生微觀和納米程度上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

　　光是一種電磁波，因此它有一個(gè)電磁場(chǎng)，其中電場(chǎng)的振蕩方向被稱為光的偏振方向。偏振是理解減少眩光的偏光太陽(yáng)鏡和3D電影院的關(guān)鍵。太陽(yáng)光的偏振一般是隨機(jī)的，這意味著電場(chǎng)的方向因光線不同而有所差異。但是當(dāng)光從任何物體表面——例如水、玻璃或者高速公路表面——反射回來(lái)，反射光在特定方向極化，平行于光反射的表面。偏振太陽(yáng)鏡能夠阻擋這個(gè)方向的偏振光，從而極大的減少眩光，但同時(shí)讓其它光進(jìn)入。

　　在實(shí)驗(yàn)里，為了產(chǎn)生莫比烏斯帶，研究人員使用了一種特定奇特類型的光：一種高度集中的光束，常被稱為結(jié)構(gòu)光。結(jié)構(gòu)光是光束里具有特定偏振和密度分布——因此光束不同部分的電磁場(chǎng)振蕩是各不相同的。光線移動(dòng)的方向并非總是位于正確的角度，即使標(biāo)準(zhǔn)激光也如此。在這樣高度結(jié)構(gòu)化的光束里，電場(chǎng)在三維方向?qū)⒕蟹植?。此外，光束的不同部分將在不同方向擁有不同電?chǎng)。

　　為了對(duì)偏振進(jìn)行成像，研究人員使用了納米粒子。研究人員對(duì)光束橫截面上的納米粒子進(jìn)行掃描，然后觀察它散射的光。通過(guò)確定光是如何散射的，并有效的將其作為干涉儀，就能檢測(cè)到焦點(diǎn)的光束偏振，莫比烏斯帶就會(huì)出現(xiàn)。這個(gè)程序是由德國(guó)巴伐利亞州埃爾蘭根紐倫堡大學(xué)教授格爾德？勒克斯(Gerd Leuchs)和皮特？班澤爾（Peter Banzer）發(fā)明的。

　　莫比烏斯帶展示了環(huán)繞激光束軸線的圓形通道上每個(gè)位置的電場(chǎng)方向。取決于激光束結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)的不同，研究人員觀察到莫比烏斯帶的偏振呈現(xiàn)出3/2或者5/2的扭轉(zhuǎn)。這些莫比烏斯帶演示了光束在非常小的亞波長(zhǎng)距離范圍內(nèi)所蘊(yùn)含的豐富結(jié)構(gòu)，博伊德解釋道。他還補(bǔ)充表示，除此之外，這項(xiàng)研究所使用的測(cè)量方法在探測(cè)其它光束類型的納米結(jié)構(gòu)方面蘊(yùn)含了巨大潛力。