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神奇的“光学悬链线”

在公园里或街道旁，我们常能看见成排的水泥柱子两两之间连以铁链，铁链自然下垂形成一段优美的弧线。悬索桥、挂着水珠的蜘蛛网、两根电线杆之间的电线等等，都有着相似的曲线形态，这种两端固定的一条(粗细与质量分布)均匀、柔软(不能伸长)的链条，在重力的作用下所具有的曲线形态被称为悬链线。

悬链线进入公众视野，源于达·芬奇的画作《抱银貂的女人》。当我们欣赏着画作中女人脖颈上悬挂的黑色珍珠项链时，我们注意的是项链与女人相互映衬的美与光泽，而不会像达·芬奇那样去苦苦思索这样一个问题：固定项链的两端，使其在重力的作用下自然下垂，那么项链所形成的曲线是什么？随着后人研究的深入，悬链线的庐山真面目被揭开。

科学家们发现，在诸多形式的悬链线中有一种“等强度悬链线”可以保持结构在不同位置受力一致。那么，它施加到光上的“力”是否也一致？在这种奇特的力学特性启发下，中国科学院光电技术研究所团队用粒子束在厚度仅百纳米的平面金属薄膜表面，刻下纳米尺寸的“亚波长悬链线”连续结构，并证实了刻有这种悬链线“花瓣”的金属膜，在光束照射后，可产生稳定可控的折射、反射等光学现象。

在国家973项目“波的衍射极限关键科学问题”课题支持下，中科院光电所微细加工光学技术国家重点实验室在国际上首次研究证实，利用光子自旋—轨道角动量相互作用的物理原理，“悬链线”可以对光产生稳定、可控的“扳手”作用。就是说用“悬链线”结构制造的光学器件，可不借助任何凹凸透镜，仅在“二维”平面上便可实现光的折射、反射，甚至让光旋转成任意姿态。科学家们还曾将月牙形、抛物线形构造刻制在平面上查询光的折射、反射，结果证实仅有“等强度悬链线构造”具有稳定的光学相位变化。

“光学悬链线”可被用作一种基本构成单元来构建光学超表面，实现传统光学器件和系统的小型化、轻量化和集成化。除了产生完美轨道角动量以外，悬链线超表面可用于制备诸如平面透镜、平面分束镜等光学器件。与传统的超表面相比，新结构实现了相位在二维平面内的连续调控，可以大幅提高器件的效率并降低噪声。

传统光学元件厚度远大于波长，这就是为何天文望远镜、相机镜头需要不同大小的镜头组。但悬链线光学器件，可通过操作纳米级超薄结构的平移、缩放、旋转等，实现光的相位变化，其厚度远小于波长。未来基于悬链线构建的新型光学元器件，具有轻薄的特点，可广泛应用于飞行器、卫星等空间科学探测领域，手机、相机镜头等成像领域。

上述研究成果在美国科学促进会创办的《科学进步》上发表后，受到了国际光学界的广泛关注。《中国科学》对其点评认为，这一发现证明了纳米悬链线可用于构建超薄、轻量化的光学器件，有望成为下一代集成光子学的核心。

(选自于2016年9月《人民日报》有改动)

(1)下列对文章内容的理解，与原文相符的一项是( )。

A.悬索桥、挂着水珠的蜘蛛网、两根电线杆之间的电线等等，都有着相似的曲线形态，这种抛物线被称为悬链线。

B.达·芬奇是意大利著名画家、数学家、物理学家和机械工程师，其画作《抱银貂的女人》中女主人公脖颈上悬挂着的黑色珍珠项链以其精美和珍贵引起了公众的关注。

C.悬链线是由一条两端固定的粗细分布均匀、柔软且不能伸长的链条在重力的作用下形成的曲线形态。

D.悬链线现象在生活中常见，人们根据其原理将其广泛应用在桥梁及电线安装等众多领域。

(2)下列对“光学悬链线”相关内容的理解，与原文观点不一致的一项是( )。

A.中科院的科学家们发现，“等强度悬链线”可以保持结构在不同位置受力一致，并证实了其在光束照射后，可产生稳定可控的折射、反射等光学现象。

B.“光学悬链线”可被用作一种基本构成单元来构建光学超表面，实现传统光学器件和系统的小型化、轻量化和集成化。

C.悬链线超表面可用于制备诸如平面透镜、平面分束镜等光学器件。与传统的超表面相比，新结构实现了相位在二维平面内的连续调控，可以大幅提高器件的效率并降低噪声。

D.未来基于悬链线构建的新型光学元器件具有轻薄的特点，可广泛应用于空间科学探测领域和日常生活成像领域。

(3)下列理解和推断，与原文内容不相符的一项是( )。

A.如果把光比喻成进行的列车，过去调整列车运行需要借助凹凸透镜，而现在仅需扳动悬链线这个铁道岔口的“扳手”，便可改变列车的前进方向。

B.传统光学认为，厚度均匀的平面透镜不会产生光的相位变化。此次科学新发现，意味着利用“悬链线”构成的超薄纳米结构，能够在二维平面内实现对光的连续调控。

C.未来的显微镜、望远镜甚至相机镜头，或许不再需要复杂笨重的镜头组，仅通过百纳米厚度的平面金属薄膜，便可完成光的聚焦、偏转等控制。

D.中科院的研究成果证明，纳米悬链线可广泛用于构建超薄、轻量化的光学器件，这一成果已成为下一代集成光子学的核心。