Fysikere i Østerrike og Israel sier de har utviklet en "anti-laser", eller "koherent perfekt absorber", som kan gjøre det mulig for ethvert materiale å absorbere alt lys fra et bredt spekter av vinkler. Enheten, basert rundt et sett med speil og linser, fanger innkommende lys inne i et hulrom og tvinger det til å sirkulere slik at det treffer det absorberende mediet gjentatte ganger, til det er fullstendig absorbert. Dette har potensial til å forbedre ulike lysinnsamling, energilevering, lyskontroll og bildebehandlingsteknikker.
Absorpsjonen av lys er viktig i mange naturlige prosesser, alt fra syn til fotosyntese, så vel som i fysikk og ingeniørapplikasjoner som solcellepaneler og fotodetektorer. Teknikker for å forbedre lysabsorpsjon for å øke effektiviteten og følsomheten til lysbaserte teknologier er svært ettertraktet, men dette kan være utfordrende.
Stefan Rotter, en teoretisk fysiker ved Vienna University of Technology, forklarer at det er lett å fange og absorbere lys med en klumpete solid gjenstand, som for eksempel en tykk svart ullgenser. Men de fleste tekniske applikasjoner bruker tynne lag med materiale. Mens disse tynne materialene absorberer noe lys, passerer store deler av det gjennom.
En grunn til at ugler og andre nattaktive dyr har så godt nattsyn, er at de har et lag med reflekterende vev, kalt tapetum lucidum, bak netthinnen. Ethvert lys som passerer gjennom den tynne netthinnen uten å bli absorbert, blir returnert og har en ny sjanse til å bli fanget. For å forbedre et slikt system ytterligere kan du legge til en annen reflekterende overflate foran netthinnen. Lys vil da sprette frem og tilbake mellom de to speilene, og passere gjennom den lysabsorberende overflaten flere ganger. Men det er ikke fullt så enkelt.
For at en slik enhet skal fungere, kan ikke frontspeilet være perfekt reflekterende. Det må være delvis gjennomsiktig slik at lys kan komme inn i systemet i utgangspunktet. Men når lyset spretter mellom de to speilene vil noe av det gå tapt gjennom det delvis gjennomsiktige speilet. Når forskere prøvde å gjenskape slike oppsett, fant de ut at de bare fungerer for spesifikke lysmønstre. Mens visse lysmoduser blir fanget, gjentatte ganger treffer den absorberende overflaten, slipper annet lys, for eksempel inn i enheten med en annen innfallsvinkel eller har en annen bølgelengde.
Nå Rotter og hans kolleger, også fra Det hebraiske universitetet i Jerusalem, har vist at en mye mer effektiv lysfelle kan skapes hvis to linser plasseres mellom de to speilene.
Linsene er designet for å lede lyset slik at det alltid treffer samme sted på speilene. Interferenseffekten som dette skaper hindrer lys i å slippe ut gjennom det delvis gjennomsiktige frontspeilet. I stedet blir det fanget i systemet.
"I praksis fanger vår design innkommende lys inne i et hulrom og tvinger det til å sirkulere i et hulrom, og treffer den svakt absorberende prøven igjen og igjen til den er perfekt absorbert, og alle refleksjoner er koherent destruktivt eliminert," forklarer Rotter til Fysikkens verden. Han beskriver systemet som å fungere som en laser i revers. "I stedet for å la et laserforsterkningsmedium konvertere elektrisk energi til koherent lysstråling, absorberer vår 'tidsomvendte laser' koherent lys og konverterer det til termisk energi - og muligens i nær fremtid til elektrisk energi."
Frontspeilet i forskernes eksperimentelle oppsett hadde en reflektans på 70 %, mens bakspeilet hadde en nesten perfekt reflektans på 99.9 %. For det lysabsorberende mediet brukte de et tynt stykke farget glass med en absorpsjon på rundt 15 % – rundt 85 % av lyset passerer gjennom det. De fant ut at enheten deres gjorde det mulig for fargeglasset å absorbere over 94 % av alt lys som kom inn i systemet.
Antirefleksbelegg gir perfekt lysoverføring
Forskerne brukte også en rekke teknikker for å lage raskt skiftende, komplekse og tilfeldige lysfelt. Selv med disse dynamiske variasjonene i lyskilden muliggjorde deres sammenhengende perfekte absorber fortsatt nesten perfekt absorpsjon, hevder de.
Rotter forteller Fysikkens verden at enheten deres har potensial i et bredt spekter av bruksområder, spesielt rundt høsting og overføring av optisk energi. For eksempel sier han at det kan være mulig å bruke den til å lade batteriene til en drone fra stor avstand ved hjelp av en laserstråle.
Forskerne beskriver arbeidet sitt i Vitenskap.
