以色列理工學院(Technion)的研究團隊首次觀察到分支狀光流，研究成果更發表於著名國際期刊《Nature》。該研究由博士生Anatoly Patsyk與博士後研究員Miguel Bandres(現為University of Central Florida光學與光子學院助理教授)共同合作；此項研究計畫由Uri Sivan教授(現為Technion校長)和物理與電機學院的Mordechai Segev教授共同指導。
當海浪行進時遇到障礙物，它們會自然地向各方向散射；光的散射也具有相同原理，這種現象在自然界非常容易發現，例如光的散射是天空呈現藍色的原因。當干擾產生的長度變化遠大於波長時，波會以不尋常的方式散射—形成強度漸增的分支，且隨著波的傳播而產生更多分支，此現象稱為分支流，於2001年首次在電子中觀察到並被認為普遍存在於自然界。Technion研究人員將分支流帶入光學領域，並在實驗中觀察到分支狀光流。研究團隊表示過去學術界熟悉的概念是波能夠在均勻介質中傳播，但對於其他類型的介質，波的行進方式可能會非常不同。當一個無序的介質(其變化不是隨機而是穩定產生)出現時(例如山巒和山谷交錯的排列)，波將以一種特殊的方式傳播；它們將形成隨著波傳播而不斷分支的路徑，構成類似樹枝狀的美麗圖案。
研究團隊將雷射光束耦合到厚度呈現隨機變化的肥皂泡薄膜上時，發現光在肥皂泡薄膜中的傳播不會產生散射，而是形成細長的分支，進而產生光分支流動的現象。該團隊解釋在光學領域通常會將光線聚焦並以平行光束的方式傳播，不過令人驚訝的是肥皂泡薄膜的隨機結構會自然地使光線聚焦，這是大自然的一個驚喜。在光學領域產生分支流的能力將提供不少研究機會。Uri Sivan教授表示雖然此現象在光波中首次被發現，但只要具備細微洞察力便有機會從尋常系統中觀察到如此有趣的現象，因此將不同領域研究人員提出的觀點結合就有辦法產生有趣的見解。用光波觀察它的事實為研究提供無窮可能性，不但證明光以非常高的精確度在介質中傳播，還可以準確地追蹤這些分支狀結構並研究其特性。
博士生Anatoly表示最初在進行研究時測量到完全不同的東西，且無法解釋觀察到的分支狀光流，後來邀請博士後研究員Miguel共同參與實驗，並對實驗進行升級以克服各項物理限制。該研究團隊耗時一年多才知道所發現的是一種奇特的分支流，當時在光波的既有認知下從未考慮過此現象。現在有了觀察結果，許多新穎的研究想法便油然而生。例如使用分支狀光流以控制流體在液體中的流動，或是將肥皂泡薄膜與螢光材料結合使分支狀結構形成小型雷射光；抑或是使用肥皂泡薄膜作為波的基礎研究模型，從普通散射現象、分支流再到安德森局部化(Anderson localization)的研究。這項研究計畫目前正在Mordechai Segev教授和Uri Sivan教授的實驗室進行，Miguel Bandres教授在University of Central Florida新成立的實驗室同樣針對分支狀光流進行相關研究。
資料來源：https://www.technion.ac.il/en/2020/07/see-the-light/
