白炽灯看似老旧过时 但有可能照亮我们的未来

研究员 Jun Lu 正在观察爱迪生灯泡扭曲的灯丝

灯泡产生这种扭曲形式的偏振光是由于灯丝本身的复杂工程。 通过在钨丝结构中加入微米级和纳米级的扭曲，光波继承了螺旋形状，从而有效地实现了椭圆偏振。

以这种方式改变光的偏振特性模仿了自然界中的一些现象，比如螳螂虾令人难以置信的复杂而专业的视觉。 螳螂虾拥有 12 种感光器（而人类只有红、绿、蓝三种），可以看到所有颜色，包括部分紫外线和红外线光谱。 它们甚至能探测到圆偏振光。 所有这些出色的视觉信息使它们成为致命的水下猎手（更不用说它们的拳头比人类硬 100 倍，但这是另一个故事，另一个时间）。

背景屏幕显示灯泡发光时的温度--温度直接影响发光的波长

我们都听说过偏光太阳镜，大家普遍认为偏光太阳镜比非偏光太阳镜更好。 是也不是，这取决于您的用途。

偏振光是沿特定方向摆动的光波。 直射阳光通常会向各个方向散射，但当阳光照射到水面时，光线会线性反射，光波会以基本均匀的方式从水面传到你的眼睛，使你的眼睛看起来更亮或更刺眼。 水的玻璃度越高或水面的反射率越高，偏振就越均匀地直接进入你的眼球。 这就是为什么偏光太阳镜在海滩、湖边或开车时效果更好的原因。

下一次，当您戴上偏光太阳镜时（偏光太阳镜通常是为水平偏振光设计的），请看一下反光的窗户，然后将您的头侧向 90 度，您就会看到它们是如何工作的。

这根扭曲的电线说明了爱迪生灯泡中的灯丝是如何扭曲的，不过是在微观尺度上--当光的波长与扭曲的长度相匹配时，光波在空间中旋转

不过，说回这项新颖的老技术为什么很酷...... 如前所述，某些动物对偏振光很敏感。 蜜蜂、蚂蚁和鸟类等利用偏振光导航。 八爪鱼、鱼类等利用它来捕食或躲藏。 这样的例子不胜枚举。

这种扭曲光技术最有前途的用途之一是用于机器人视觉系统，使机器人能够看到与这些特殊动物类似的光谱。

椭圆偏振光能提供更多层次的信息，因此能比散射光更好地提高机器人解读环境的能力。 例如，它可以通过提供更多对比度来提高物体检测和表面纹理识别能力。 如果你曾经使用过自动对焦相机，但却无法对准平淡无奇的物体，这通常是因为对比度不够，传感器无法分辨物体的距离。

机器人视觉系统看得越清楚，自主导航或机器学习等活动的效果就越好。 扭曲的光线就像在一个物体上投射了一个三维网格，机器人视觉系统可以更精确地绘制出这个物体。

"例如，这些发现对于自动驾驶汽车分辨鹿和人类的区别可能非常重要，因为鹿的皮毛卷曲度与我们的布料不同，所以鹿发出的光波长相似，但螺旋度不同，"国家科学基金会复杂粒子和粒子系统中心主任、教授尼古拉斯-科托夫（Nicholas Kotov）说。

撇开机器人技术不谈，这种光线还有可能改善其他成像技术，如更详细的医疗诊断和材料科学图像。

通信系统的改进也同样重要。 偏振光已被用于光纤和数据传输，以便在一条线路上传输更多数据。 能够如此精确地控制偏振光，可以在现有基础设施上提供更多通道，使数据传输速率更快、更安全。

在发光二极管时代，白炽灯看似老旧过时，但却重新找到了用途，有可能照亮我们的未来。 不过，先别从柜子里翻出你的百年灯泡，还有更多的工作要做。