Des physiciens autrichiens et israéliens affirment avoir développé un « anti-laser » ou un « absorbeur cohérent parfait » qui peut permettre à n’importe quel matériau d’absorber toute la lumière sous un large éventail d’angles. Le dispositif, basé sur un ensemble de miroirs et de lentilles, emprisonne la lumière entrante dans une cavité et la force à circuler afin qu'elle heurte le milieu absorbant à plusieurs reprises, jusqu'à ce qu'elle soit complètement absorbée. Cela a le potentiel d’améliorer diverses techniques de collecte de lumière, de fourniture d’énergie, de contrôle de la lumière et d’imagerie.
L'absorption de la lumière est importante dans de nombreux processus naturels, allant de la vision à la photosynthèse, ainsi que dans des applications physiques et techniques telles que les panneaux solaires et les photodétecteurs. Les techniques visant à améliorer l’absorption de la lumière afin d’augmenter l’efficacité et la sensibilité des technologies basées sur la lumière sont très recherchées, mais cela peut s’avérer difficile.
Stéphane Rotter, physicien théoricien à Université de Technologie de Vienne, explique qu'il est facile de piéger et d'absorber la lumière avec un objet solide et volumineux, comme un épais pull en laine noire, par exemple. Mais la plupart des applications techniques utilisent de fines couches de matériau. Même si ces matériaux minces absorbent une partie de la lumière, une grande partie de celle-ci la traverse.
L’une des raisons pour lesquelles les hiboux et autres animaux nocturnes ont une si bonne vision nocturne est qu’ils possèdent une couche de tissu réfléchissant, appelée tapetum lucidum, derrière leur rétine. Toute lumière qui traverse la fine rétine sans être absorbée est renvoyée et a une seconde chance d’être capturée. Pour améliorer encore un tel système, vous pourriez ajouter une autre surface réfléchissante devant la rétine. La lumière rebondirait alors entre les deux miroirs, traversant plusieurs fois la surface absorbant la lumière. Mais ce n’est pas si simple.
Pour qu’un tel dispositif fonctionne, le rétroviseur avant ne peut pas être parfaitement réfléchissant. Il doit être partiellement transparent pour que la lumière puisse pénétrer dans le système en premier lieu. Mais lorsque la lumière rebondit entre les deux miroirs, une partie sera perdue à travers le miroir partiellement transparent. Lorsque les chercheurs ont essayé de reproduire de telles configurations, ils ont découvert qu’elles ne fonctionnaient que pour des modèles de lumière spécifiques. Tandis que certains modes de lumière sont piégés et frappent de manière répétée la surface absorbante, d'autres lumières, par exemple entrant dans le dispositif sous un angle d'incidence différent ou ayant une longueur d'onde différente, s'échappent.
Maintenant Rotter et ses collègues, également de L'Université hébraïque de Jérusalem, ont démontré qu'un piège à lumière beaucoup plus efficace peut être créé si deux lentilles sont placées entre les deux miroirs.
Les lentilles sont conçues pour guider la lumière afin qu'elle atteigne toujours le même endroit sur les miroirs. L'effet d'interférence ainsi créé empêche la lumière de s'échapper à travers le miroir frontal partiellement transparent. Au lieu de cela, il reste piégé dans le système.
"En pratique, notre conception emprisonne la lumière entrante à l'intérieur d'une cavité et la force à circuler dans une cavité, frappant encore et encore l'échantillon faiblement absorbant jusqu'à ce qu'il soit parfaitement absorbé et que toutes les réflexions soient éliminées de manière cohérente et destructrice", explique Rotter à Monde de la physique. Il décrit le système comme fonctionnant comme un laser inversé. "Au lieu d'avoir un moyen de gain laser qui convertit l'énergie électrique en rayonnement lumineux cohérent, notre "laser inversé dans le temps" absorbe la lumière cohérente et la convertit en énergie thermique - et peut-être dans un avenir proche en énergie électrique."
Le miroir avant du dispositif expérimental des chercheurs avait un facteur de réflexion de 70 %, tandis que le miroir arrière avait un facteur de réflexion presque parfait de 99.9 %. Pour le support absorbant la lumière, ils ont utilisé un mince morceau de verre teinté avec une absorption d'environ 15 % – environ 85 % de la lumière le traverse. Ils ont découvert que leur appareil permettait au verre coloré d'absorber plus de 94 % de toute la lumière entrant dans le système.
Le revêtement anti-reflet permet une parfaite transmission de la lumière
Les chercheurs ont également utilisé un certain nombre de techniques pour créer des champs lumineux complexes et aléatoires évoluant rapidement. Même avec ces variations dynamiques de la source lumineuse, leur absorbeur parfait et cohérent permettait toujours une absorption presque parfaite, affirment-ils.
Rotter raconte Monde de la physique que leur dispositif a du potentiel dans un large éventail d'applications, en particulier autour de la récupération et de la transmission d'énergie optique. Il estime par exemple qu'il pourrait être possible de l'utiliser pour charger les batteries d'un drone à grande distance à l'aide d'un faisceau laser.
Les chercheurs décrivent leurs travaux en Sciences.
