光在自然界是多才多藝的，換句話(huà)說(shuō)，光在通過不同類型的材料時(shí)表現(xiàn)出不同特性。這(zhè)一(yī)特性已經通過各種技術進行了(le)探索，但(dàn)光與材料相互作(zuò)用的方式需要進行處理(lǐ)，以獲得所需的效果。這(zhè)是使用稱為(wèi)光調制器(qì)的特殊設備來(lái)完成，其具有修改光的屬性的能(néng)力。當電場(chǎng)作(zuò)用于光通過的介質時(shí)，就(jiù)可以看到一(yī)種被稱為(wèi)泡克耳斯效應的性質。通常情況下(xià)，光線在擊中任何介質時(shí)都會彎曲，但(dàn)在泡克耳斯效應下(xià)，介質的折射率（光彎曲程度的度量）與應用的電場(chǎng)成比例地變化(huà)。
這(zhè)種效應在光學工程、光通信、顯示器(qì)和電傳感器(qì)中都有應用。但(dàn)是，這(zhè)泡克耳斯效應究竟是如(rú)何在不同材料中發生(shēng)的還不清楚，因此很難充分(fēn)發掘它的潛力。在《OSA Continuum》期刊上(shàng)發表的一(yī)項突破性研究中，由東京理(lǐ)科大學德永英治(Eiji Tokunaga)教授領導的一(yī)組科學家，揭示了(le)一(yī)種新(xīn)型光調制器(qì)中泡克耳斯效應的機制。直到現(xiàn)在，這(zhè)種效應隻在一(yī)種特殊類型的晶體(tǐ)中被觀察到，這(zhè)種晶體(tǐ)很昂貴，因此很難使用。
12年前，Tokunaga教授和研究團隊首次在水的頂層（也(yě)稱為(wèi)界面層）與電極接觸時(shí)觀察到這(zhè)種效應，在大量的水中沒有觀察到這(zhè)種效果。雖然泡克耳斯系數（泡克耳斯效應的量度）大一(yī)個(gè)數量級，但(dàn)需要高靈敏度的檢測器(qì)，因為(wèi)該效應僅在薄的界面層中産生(shēng)。此外，甚至其機制也(yě)不清楚，使過程進一(yī)步複雜化(huà)，德永英治教授和研究團隊想找到一(yī)個(gè)解決方案，經過多次試驗，終于成功了(le)。在談到研究動機時(shí)，德永英治教授表示：用水作(zuò)為(wèi)介質很難測量電光信号，因為(wèi)它隻發生(shēng)在薄層中。
因此想找到一(yī)種方法，從介質中提取大信号，不需要高靈敏度測量，而且更容易使用。為(wèi)了(le)做到這(zhè)一(yī)點，科學家們在水中的玻璃表面上(shàng)創建了(le)一(yī)個(gè)帶有透明電極的裝置，并對其施加了(le)電場(chǎng)。界面層（也(yě)稱為(wèi)雙電層，或EDL）隻有幾個(gè)納米厚，并且呈現(xiàn)出與水其餘部分(fēn)不同的電化(huà)學性能(néng)。它也(yě)是水中唯一(yī)可以在電場(chǎng)下(xià)觀察到泡克耳斯效應的部分(fēn)。科學家們使用全反射的概念在水和電極之間(jiān)的界面上(shàng)創造了(le)一(yī)個(gè)大角度。
觀察到，當光穿過電極并進入EDL時(shí)，兩層折射率的變化(huà)可以改變反射信号。由于透明電極中的折射率大于水和玻璃的折射率（分(fēn)别為(wèi)1.33和1.52），因此兩端反射的光量增加，從而導緻更加增強的泡克耳斯效應。這(zhè)一(yī)點很重要，因為(wèi)一(yī)個(gè)大的，更強的信号意味着即使是低(dī)靈敏度的設備也(yě)可以用來(lái)測量它。此外，由于實驗裝置并不複雜，僅由浸泡在含有電解質水中的透明電極組成，因此這(zhè)種方法使用起來(lái)簡單得多。更不用說(shuō)，水是一(yī)種廉價的介質，直接導緻整個(gè)過程成本低(dī)。德永英治教授在詳細闡述這(zhè)些(xiē)發現(xiàn)時(shí)說(shuō)：
通過該技術，觀察到光調制的最大強度變化(huà)為(wèi)50%，與施加的交流電壓成正比。受到這(zhè)些(xiē)觀察的鼓舞，研究團隊希望使用數學計算(suàn)來(lái)驗證這(zhè)些(xiē)結果，驚訝地發現(xiàn)理(lǐ)論計算(suàn)與實驗結果相吻合。此外，觀察到，理(lǐ)論上(shàng)可以實現(xiàn)100%的光強度調制，這(zhè)是令人(rén)興奮的，因為(wèi)它證實了(le)發現(xiàn)。德永英治教授表示：結果令人(rén)驚訝，但(dàn)更令人(rén)驚訝的是，理(lǐ)論分(fēn)析表明，現(xiàn)有的光學知識可以完美地解釋這(zhè)些(xiē)結果。這(zhè)項研究結果不僅适用于獨特的光調制元件和使用水的界面傳感器(qì).
通過該技術，觀察到光調制的最大強度變化(huà)為(wèi)50%，與施加的交流電壓成正比。受到這(zhè)些(xiē)觀察的鼓舞，研究團隊希望使用數學計算(suàn)來(lái)驗證這(zhè)些(xiē)結果，驚訝地發現(xiàn)理(lǐ)論計算(suàn)與實驗結果相吻合。此外，觀察到，理(lǐ)論上(shàng)可以實現(xiàn)100%的光強度調制，這(zhè)是令人(rén)興奮的，因為(wèi)它證實了(le)發現(xiàn)。德永英治教授表示：結果令人(rén)驚訝，但(dàn)更令人(rén)驚訝的是，理(lǐ)論分(fēn)析表明，現(xiàn)有的光學知識可以完美地解釋這(zhè)些(xiē)結果。這(zhè)項研究結果不僅适用于獨特的光調制元件和使用水的界面傳感器(qì)；
