Фізики з Австрії та Ізраїлю кажуть, що вони розробили «антилазер» або «когерентний ідеальний поглинач», який може дозволити будь-якому матеріалу поглинати все світло під різними кутами. Пристрій, заснований навколо набору дзеркал і лінз, затримує вхідне світло всередину порожнини та змушує його циркулювати так, щоб воно неодноразово потрапляло на поглинаюче середовище до повного поглинання. Це має потенціал для вдосконалення різноманітних методів збору світла, доставки енергії, контролю світла та візуалізації.
Поглинання світла є важливим у багатьох природних процесах, починаючи від зору і закінчуючи фотосинтезом, а також у фізиці та інженерних додатках, таких як сонячні панелі та фотодетектори. Методи покращення поглинання світла з метою підвищення ефективності та чутливості світлових технологій дуже затребувані, але це може бути складно.
Стефан Роттер, фізик-теоретик в TU Відень, пояснює, що легко захопити та поглинути світло громіздким твердим предметом, наприклад, товстим чорним вовняним джемпером. Але більшість технічних застосувань використовують тонкі шари матеріалу. Хоча ці тонкі матеріали поглинають частину світла, великі його частини проходять крізь них.
Однією з причин того, що сови та інші нічні тварини мають такий хороший нічний зір, є те, що вони мають шар відбивної тканини, який називається tapetum lucidum, позаду сітківки. Будь-яке світло, яке проходить крізь тонку сітківку без поглинання, повертається назад і має другий шанс бути захопленим. Для подальшого вдосконалення такої системи ви можете додати ще одну поверхню, що відбиває, перед сітківкою. Тоді світло відбиватиметься туди-сюди між двома дзеркалами, багаторазово проходячи через поверхню, що поглинає світло. Але не все так просто.
Щоб такий пристрій працював, переднє дзеркало не може мати ідеальне відображення. Він має бути частково прозорим, щоб світло могло проникати в систему. Але тоді, коли світло відбивається між двома дзеркалами, частина його буде втрачена через частково прозоре дзеркало. Коли дослідники спробували відтворити такі налаштування, вони виявили, що вони працюють лише для певних моделей світла. У той час як певні моди світла потрапляють у пастку, неодноразово потрапляючи на поглинаючу поверхню, інше світло, наприклад, що входить у пристрій під іншим кутом падіння або має іншу довжину хвилі, виходить.
Тепер Роттер і його колеги, також з Єврейський університет Єрусалиму, продемонстрували, що набагато ефективнішу світлову пастку можна створити, якщо помістити дві лінзи між двома дзеркалами.
Лінзи призначені для спрямування світла так, щоб воно завжди потрапляло в одне й те саме місце на дзеркалі. Ефект інтерференції, який це створює, запобігає виходу світла через частково прозоре переднє дзеркало. Натомість він потрапляє в пастку системи.
«На практиці наша конструкція затримує вхідне світло всередину порожнини та змушує його циркулювати в порожнині, знову і знову потрапляючи на зразок із слабким поглинанням, доки він не буде ідеально поглинутий, і всі відображення будуть когерентно деструктивно усунені», — пояснює Роттер. Світ фізики. Він описує систему як діючу як лазер у зворотному напрямку. «Замість того, щоб лазерне підсилювальне середовище перетворювало електричну енергію в когерентне світлове випромінювання, наш «лазер зі зворотним часом» поглинає когерентне світло і перетворює його на теплову енергію – і, можливо, в найближчому майбутньому в електричну».
Переднє дзеркало в експериментальній установці дослідників мало коефіцієнт відбиття 70%, тоді як заднє дзеркало мало майже ідеальний коефіцієнт відбиття 99.9%. Для світлопоглинаючого середовища вони використовували тонкий шматок затемненого скла з поглинанням близько 15% – через нього проходить близько 85% світла. Вони виявили, що їхній пристрій дозволяє кольоровому склу поглинати понад 94% усього світла, яке потрапляє в систему.
Антиблікове покриття забезпечує ідеальну пропускання світла
Дослідники також використовували низку методів для створення швидко мінливих, складних і випадкових світлових полів. Навіть з такими динамічними коливаннями джерела світла їх когерентний ідеальний поглинач все ще забезпечує майже ідеальне поглинання, стверджують вони.
Розповідає Роттер Світ фізики що їхній пристрій має потенціал для широкого спектру застосувань, зокрема для збирання та передачі оптичної енергії. Наприклад, він каже, що його можна використовувати для заряджання акумуляторів дрона на великій відстані за допомогою лазерного променя.
Дослідники описують свою роботу в наука.
