电磁波能转换成光么？ 第1页

首先，题主这个问题描述是错误的。次声波和超声波属于声波，是机械波而不是电磁波。

如果题主想知道声波与光之间能否转换，那么答案是可以的。这被称作光声效应（Photoacoustic effect）^[1]。

贝尔发明了电话，但是他自认为他最大的成就不是发明了电话，而是发明了“光话”（Photophone）^[2]。

"[Photophone is] the greatest invention [I have] ever made, greater than the telephone."

“光话”与电话类似，也可以长距离传输声音，但是运用的是光声效应。其原理就是在一端发出声音，使得物质振动，通过光声效应转化为光能；而在另一段则通过光声效应再度转化为声能从而重现声音。

所以，声音（次声波、超声波等）与光之间是可以形成转化的。

那么如果题主问的是光之间能否转化呢？这在非线性光学领域极其常见。那么我来提及一下我的研究领域方向——和频振动光谱。

和频光谱（Sum Frequency Generation，SFG）技术是一种相干的二阶非线性光学过程，为加州大学伯克利分校的华人教授沈元壤于1987年首次报道。当两束脉冲激光同时照射到同一样品时，会产生频率等于两束入射光之和的光信号，这就是和频光谱信号。而当其中一束光为红外光时，称作和频振动光谱（Vibrational Sum Frequency Generation, VSFG）。由于相干的二阶非线性光学过程的特殊的选择性，在electric-dipole (ED) approximation下，只有具有非中心对称才有信号。因此，和频振动光谱可以给出处于非对称中心环境的化学键振动光谱^[3]。

比如如果入射的两束光波长分别为800 nm和4000 nm，那么最终的SFG信号为667 nm。所以由此可见，具有非中心对称的分子，可以将长波长的光转化成短波长的光。

在我的研究中，我搭建了和频振动光谱显微镜以及世界上第一台瞬态和频振动光谱显微镜，并用它们研究了一个分子自组装体系——SDS@2β-CD （十二烷基硫酸钠和β-环糊精）^[4][5]。

在和频振动光谱显微镜中，我们发现不同区域样品的光谱信号，定性来说是类似的，但是定量来说却有些不同（qualitatively similar but quantitatively different）——主要是在OH区域的峰强比不同——这应该是由于不同区域的hydration level不同所导致的。

我们还发现SDS@2β-CD样品具有各向异性（anisotropy，因为有SSS信号），而SDS@2γ-CD却没有。这是因为分子对称性与自组装对称性的叠加所导致的——C7与C2在一起会导致最终是C1——这也说明该自组装中的分子排布非常规整。另外，其中的水分子也具有与自组装类似的对称性，这说明自组装结构通过分子间作用力（氢键）使得水分子也服从其对称性——这也是为什么在此样品中水分子也有这么强的信号（在相同的条件下，液态水几乎没有信号）。

在我们的瞬态和频振动光谱显微镜结果中，我们在3150波数左右观测到了一个正信号。这个正的信号对应的是水分子与β-CD的二级羟基之间的能量转移过程，并且可以用bi-exponential来拟合。结合氘代实验证实t1对应的是O…O距离的波动，而t2则对应的是氢键通过福斯特共振能量转移过程 （FRET）进行恢复。因为FRET的速率与供体-受体距离以及受体的数目有关，所以t2可以用来描述不同区域水合程度的指标。根据我们的模型，这些自组装区域中的水合程度十分不同：有的自组装区域平均每一个β-CD只有两个水分子，而在离其不远的其他区域则会有六个水分子结合在β-CD（这里的水合程度指的是与β-CD二级羟基形成强氢键的结合水）。以往对SDS@2β-CD的研究表明这个自组装体系中同时具有柔性和刚性。我们的研究表明，这些与自组装体系有强氢键作用的水可能对系统的力学作用起着很大的作用。因为水合程度的不同，各自组装区域的超快的氢键动力学有所不同，而这些氢键可以影响自组装体系的柔性。在另一方面，同一个自组装区域中的氢键动力学是高度一致性，这反映了这个系统的刚性。因此控制水合对未来类似体系的设计可能起到很大的作用。

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http:// ultrafast.ucsd.edu/

参考

1. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E5%A3%B0%E6%95%88%E5%BA%94
2. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Photophone
3. ^ Zhu, X.D.; Suhr, H.; Shen, Y. R.; Phys. Rev. B 1987, 35, 3047(R)
4. ^ H. Wang, W. Chen, J. Wagner, W. Xiong,“Local Ordering of Lattice Self-Assembled SDS@2β-CD Materials and Its AdsorbedWater Revealed by VSFG Microscope”, the Journal of Physical Chemistry B, 2019,123(29), 6212-6221
5. ^ H. Wang, J. Wagner, W. Chen, C. Wang,W. Xiong, “Spatial Dependent H-bond Dynamics at Interfaces of Water/BiomimeticSelf-Assembled Lattice Materials”, Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America