Физики из Австрии и Израиля говорят, что они разработали «антилазер» или «когерентный идеальный поглотитель», который позволяет любому материалу поглощать весь свет под широким углом. Устройство, основанное на наборе зеркал и линз, улавливает входящий свет внутри полости и заставляет его циркулировать так, чтобы он неоднократно попадал в поглощающую среду, пока полностью не поглотился. Это может улучшить различные методы сбора света, доставки энергии, управления светом и визуализации.
Поглощение света важно во многих естественных процессах, от зрения до фотосинтеза, а также в физических и инженерных приложениях, таких как солнечные панели и фотодетекторы. Методы улучшения поглощения света для повышения эффективности и чувствительности технологий, основанных на свете, пользуются большим спросом, но это может оказаться сложной задачей.
Стефан Роттер, физик-теоретик из Венский технический университет, объясняет, что свет легко улавливать и поглощать громоздким твердым предметом, например, толстым черным шерстяным свитером. Но в большинстве технических приложений используются тонкие слои материала. Хотя эти тонкие материалы поглощают некоторое количество света, большая его часть проходит сквозь них.
Одна из причин, по которой совы и другие ночные животные имеют такое хорошее ночное зрение, заключается в том, что у них есть слой отражающей ткани, называемый тапетум лусидум, позади их сетчатки. Любой свет, который проходит через тонкую сетчатку и не поглощается, отражается и получает второй шанс быть уловленным. Чтобы улучшить такую систему, вы можете добавить еще одну отражающую поверхность перед сетчаткой. Затем свет будет отражаться между двумя зеркалами, проходя через светопоглощающую поверхность несколько раз. Но это не так просто.
Чтобы такое устройство работало, переднее зеркало не может быть идеально отражающим. Он должен быть частично прозрачным, чтобы свет мог попасть в систему в первую очередь. Но тогда, когда свет отражается между двумя зеркалами, часть его будет потеряна через частично прозрачное зеркало. Когда исследователи попытались воспроизвести такие установки, они обнаружили, что они работают только для определенных моделей света. В то время как некоторые моды света захватываются, многократно попадая на поглощающую поверхность, другой свет, например, попадая в устройство под другим углом падения или с другой длиной волны, ускользает.
Теперь Роттер и его коллеги, также из Еврейский университет в Иерусалимепродемонстрировали, что гораздо более эффективную ловушку можно создать, если между двумя зеркалами поместить две линзы.
Линзы спроектированы таким образом, чтобы направлять свет таким образом, чтобы он всегда падал на одно и то же место на зеркалах. Возникающий при этом интерференционный эффект препятствует выходу света через частично прозрачное переднее зеркало. Вместо этого он попадает в ловушку системы.
«На практике наша конструкция захватывает падающий свет внутри полости и заставляет его циркулировать в полости, снова и снова ударяя по слабо поглощающему образцу, пока он не будет полностью поглощен, и все отражения будут когерентно деструктивно устранены», — объясняет Роттер. Мир физики. Он описывает систему как работающую как лазер в обратном направлении. «Вместо того, чтобы лазерная усиливающая среда преобразовывала электрическую энергию в когерентное световое излучение, наш «лазер с обращенным временем» поглощает когерентный свет и преобразует его в тепловую энергию, а в ближайшем будущем, возможно, и в электрическую энергию».
Переднее зеркало в экспериментальной установке исследователей имело коэффициент отражения 70%, а заднее зеркало имело почти идеальное отражение 99.9%. В качестве светопоглощающей среды они использовали тонкий кусок тонированного стекла с коэффициентом поглощения около 15% — через него проходит около 85% света. Они обнаружили, что их устройство позволяет цветному стеклу поглощать более 94% всего света, попадающего в систему.
Антибликовое покрытие обеспечивает идеальное светопропускание
Исследователи также использовали ряд методов для создания быстро меняющихся, сложных и случайных световых полей. Они утверждают, что даже при этих динамических изменениях источника света их когерентный идеальный поглотитель по-прежнему обеспечивает почти идеальное поглощение.
Роттер рассказывает Мир физики что их устройство имеет потенциал для широкого спектра применений, особенно в области сбора и передачи оптической энергии. Например, он говорит, что его можно использовать для зарядки аккумуляторов дрона с большого расстояния с помощью лазерного луча.
Исследователи описывают свою работу в Наука.
