波浪并不總是均勻地傳播到所有方向，但可以形成顯著的“分支流動”。在TU Wien(維也納)，現在已經開發出一種控制這種現象的方法。

在自由空間中，激光束的光波在完美的直線上傳播。然而，在某些情況下，波浪的行為可能會復雜得多。在存在無序，不規則的環境中會出現一種非常奇怪的現象：入射波分裂成若干路徑，它以復雜的方式分支，到達一些高強度的地方，同時幾乎完全避開其他地方。

這種“分支流”首先在2001年被觀察到.TU Wien(維也納)的科學家們現在開發了一種利用這種效應的方法。這種新方法的核心思想是僅在一個預先選定的分支上發送波形信號，這樣波在其他地方幾乎不可察覺。結果現已發表在PNAS期刊上。

從量子粒子到海嘯

“最初，這種效應是在研究電子通過微小結構作為量子波移動時發現的，”TU Wien理論物理研究所的Stefan Rotter教授說。“然而，這種結構永遠不會完美，它們總會帶來某些不完美之處;而且令人驚訝的是，這些缺陷導致電子波分裂成分支 - 這種效應被稱為分支流動。”

很快，事實證明，這種波現象不僅發生在量子物理學中。原則上，它可以在所有類型的波浪和完全不同的長度尺度上發生。例如，如果將激光束發送到肥皂泡的表面，它們會分裂成幾個部分光束，就像海洋中的海嘯波一樣：后者不會經常在海洋中傳播，而是以復雜的方式傳播，分支模式取決于波紋海洋海床的隨機形狀。結果，可能發生一個遙遠的島嶼被海嘯襲擊得非常嚴重，而鄰近的島嶼只能通過更弱的波浪前線到達。

“我們想知道這些波是否可以通過這樣的方式進行操作，即它們只沿著一個選定的分支行進，而不是沿著完全不同方向的整個分支網絡傳播，”AndreBrandstötter(TU Wien)說，該出版物的作者。“事實證明，確實可以以受控的方式定位各個分支機構。”

分析和適應

新過程只需兩個步驟：首先，允許wave像往常一樣在所有可能的路徑上分支出來。在高強度到達的其中一個位置，詳細測量波。然后可以使用在TU Wien開發的方法來計算波必須在原點處成形的方式，以便在第二步中可以沿著一個選定路徑發送波，同時避開所有其他路徑。

“我們使用數值模擬來展示如何找到一種行為與我們想要的完全相同的波形。這種方法可以使用各種不同的方法來應用，”Stefan Rotter說。“您可以使用通過特殊鏡子系統調整的光波或使用耦合揚聲器系統產生的聲波來實現它。海洋中的聲納波也是一個可能的應用領域。無論如何，必要的技術已經有了。“

利用這種新方法，所有這些不同類型的波可以沿著從復雜路徑網絡中預先選擇的單個軌跡發出。“這條軌跡甚至不必是直的，”AndreBrandstötter解釋道。“許多可能的路徑都是彎曲的 - 周圍環境的不規則就像一組鏡頭一樣，波浪一次又一次地聚焦和偏轉。”

甚至可以沿著這些特殊路徑發送脈沖信號，從而可以有針對性地傳輸信息。這可以保證波信號準確到達應該接收的位置; 在其他地方很難被發現，這使得竊聽變得更加困難。