Fysikere i Østrig og Israel siger, at de har udviklet en "anti-laser" eller "kohærent perfekt absorber", der kan gøre det muligt for ethvert materiale at absorbere alt lys fra en bred vifte af vinkler. Enheden, der er baseret på et sæt spejle og linser, fanger indkommende lys inde i et hulrum og tvinger det til at cirkulere, så det rammer det absorberende medium gentagne gange, indtil det er fuldstændig absorberet. Dette har potentialet til at forbedre forskellige lysindsamling, energilevering, lysstyring og billeddannelsesteknikker.
Absorptionen af lys er vigtig i mange naturlige processer, lige fra syn til fotosyntese, såvel som i fysik og tekniske applikationer såsom solpaneler og fotodetektorer. Teknikker til at forbedre lysabsorptionen for at øge effektiviteten og følsomheden af lysbaserede teknologier er meget eftertragtede, men det kan være udfordrende.
Stefan Rotter, en teoretisk fysiker ved Wien tekniske universitet, forklarer, at det er let at fange og absorbere lys med en omfangsrig fast genstand, som f.eks. en tyk sort uldtrøje. Men de fleste tekniske applikationer bruger tynde lag materiale. Mens disse tynde materialer absorberer noget lys, passerer store dele af det igennem.
En grund til, at ugler og andre natlige dyr har så godt nattesyn, er, at de har et lag af reflekterende væv, kaldet tapetum lucidum, bag deres nethinde. Ethvert lys, der passerer gennem den tynde nethinde uden at blive absorberet, bliver vendt tilbage og har en ny chance for at blive fanget. For at forbedre et sådant system yderligere kan du tilføje en anden reflekterende overflade foran nethinden. Lys ville derefter hoppe frem og tilbage mellem de to spejle og passere gennem den lysabsorberende overflade flere gange. Men det er ikke helt så enkelt.
For at en sådan enhed skal fungere, kan frontspejlet ikke være perfekt reflekterende. Det skal være delvist gennemsigtigt, så lys kan komme ind i systemet i første omgang. Men når lyset hopper mellem de to spejle, vil noget af det gå tabt gennem det delvist gennemsigtige spejl. Da forskere forsøgte at replikere sådanne opstillinger, fandt de ud af, at de kun virker for specifikke lysmønstre. Mens visse lysformer bliver fanget og gentagne gange rammer den absorberende overflade, undslipper andet lys, som f.eks. kommer ind i enheden med en anden indfaldsvinkel eller har en anden bølgelængde.
Nu Rotter og hans kolleger, også fra Det hebraiske universitet i Jerusalem, har vist, at der kan skabes en meget mere effektiv lysfælde, hvis to linser placeres mellem de to spejle.
Linserne er designet til at lede lyset, så det altid rammer det samme sted på spejlene. Interferenseffekten, som dette skaber, forhindrer lys i at slippe ud gennem det delvist gennemsigtige frontspejl. I stedet bliver det fanget i systemet.
"I praksis fanger vores design indkommende lys inde i et hulrum og tvinger det til at cirkulere i et hulrum og rammer den svagt absorberende prøve igen og igen, indtil det er perfekt absorberet, og alle refleksioner er kohærent destruktivt elimineret," forklarer Rotter til Fysik verden. Han beskriver systemet som omvendt som en laser. "I stedet for at lade et laserforstærkningsmedium konvertere elektrisk energi til kohærent lysstråling, absorberer vores 'tidsomvendte laser' sammenhængende lys og konverterer det til termisk energi - og muligvis i den nærmeste fremtid til elektrisk energi."
Frontspejlet i forskernes forsøgsopstilling havde en reflektans på 70 %, mens bagspejlet havde en næsten perfekt reflektans på 99.9 %. Til det lysabsorberende medium brugte de et tyndt stykke tonet glas med en absorption på omkring 15 % – omkring 85 % af lyset passerer igennem det. De fandt ud af, at deres enhed gjorde det muligt for farveglasset at absorbere over 94 % af alt lys, der kom ind i systemet.
Antirefleksbelægning giver perfekt lystransmission
Forskerne brugte også en række teknikker til at skabe hurtigt skiftende, komplekse og tilfældige lysfelter. Selv med disse dynamiske variationer i lyskilden muliggjorde deres sammenhængende perfekte absorber stadig næsten perfekt absorption, hævder de.
Rotter fortæller Fysik verden at deres enhed har potentiale i en bred vifte af applikationer, især omkring optisk energihøst og transmission. For eksempel siger han, at det kunne være muligt at bruge det til at oplade batterierne i en drone fra en stor afstand ved hjælp af en laserstråle.
Forskerne beskriver deres arbejde i Videnskab.
