Navorsers het 'n "ligval" om 'n dun laag gebou met behulp van spieëls en lense, waarin die ligstraal in 'n sirkel gestuur word en dan op homself geplaas word - presies so dat die ligstraal homself blokkeer en nie meer die ligstraal kan verlaat nie. stelsel.
'n "Ligval" is ontwikkel waarin 'n ligstraal homself verhoed om te ontsnap. Dit laat lig perfek geabsorbeer word.
As jy lig doeltreffend wil gebruik, moet jy dit so volledig as moontlik absorbeer. Dit is waar beide in fotosintese en in 'n fotovoltaïese stelsel. Dit is egter moeilik as die absorpsie in 'n dun laag materiaal moet plaasvind wat normaalweg 'n groot deel van die lig laat deurgaan.
Nou, het 'n verrassende truuk gevind wat toelaat dat 'n ligstraal heeltemal geabsorbeer word, selfs in die dunste lae. Hulle het met behulp van spieëls en lense 'n "ligval" om die dun laag gebou, waarin die ligstraal in 'n sirkel gestuur word en dan op homself geplaas word – presies so dat die ligstraal homself blokkeer en nie meer die ligstraal kan verlaat nie. stelsel. Die lig het dus geen ander opsie as om deur die dun laag geabsorbeer te word nie – daar is geen ander uitweg nie.
Hierdie absorpsie-amplifikasiemetode, van navorsingspanne van TU Wien en van die Hebreeuse Universiteit van Jerusalem, sal vandag (25 Augustus 2022) in die wetenskaplike joernaal aangebied word Wetenskap. Dit is die resultaat van 'n vrugbare samewerking tussen die twee spanne. Die benadering is deur prof. Ori Katz van die Hebreeuse Universiteit van Jerusalem voorgestel en saam met prof. Stefan Rotter van TU Wien gekonseptualiseer. Die eksperiment is deur die laboratoriumspan in Jerusalem uitgevoer en die teoretiese berekeninge het van die span in Wene gekom.
Die "ligval"-opstelling word getoon, wat bestaan uit 'n gedeeltelik deursigtige spieël, 'n dun, swak absorbeerder, twee konvergerende lense en 'n totaal weerkaatsende spieël. Normaalweg sal die meeste van die invallende ligstraal weerkaats word. As gevolg van presies berekende interferensie-effekte, meng die invallende ligstraal egter in met die ligstraal wat tussen die spieëls teruggereflekteer word, sodat die weerkaatste ligstraal uiteindelik heeltemal uitgedoof word. Die energie van die lig word heeltemal opgesuig deur die dun en swak absorber. Krediet: TU Wien
Dun lae is deursigtig vir lig
"Dit is maklik om lig te absorbeer wanneer dit 'n soliede voorwerp tref," sê prof. Stefan Rotter van die Instituut vir Teoretiese Fisika by TU Wien. “ ’n Dik swart woltrui kan maklik lig absorbeer. Maar in baie tegniese toepassings het jy net ’n dun laag materiaal beskikbaar en jy wil hê die lig moet presies in hierdie laag geabsorbeer word.”
Pogings is reeds aangewend om die absorpsie van materiale te verbeter. Die materiaal kan byvoorbeeld tussen twee spieëls geplaas word. Die lig word heen en weer tussen die twee spieëls gereflekteer, gaan elke keer deur die materiaal en het dus 'n groter kans om geabsorbeer te word. Vir hierdie doel moet die spieëls egter nie perfek wees nie – een daarvan moet gedeeltelik deursigtig wees, anders kan die lig glad nie die area tussen die twee spieëls binnedring nie. Maar dit beteken ook dat wanneer die lig hierdie gedeeltelik deursigtige spieël tref, van die lig verlore gaan.
Die lig blokkeer homself
Dit is moontlik om die golfeienskappe van lig op 'n gesofistikeerde manier te gebruik om dit te voorkom. "In ons benadering is ons in staat om alle terug-refleksies deur golfinterferensie te kanselleer," sê prof. Ori Katz van die Hebreeuse Universiteit van Jerusalem. Helmut Hörner, van TU Wien, wat sy tesis aan hierdie onderwerp gewy het, verduidelik: “Ook in ons metode val die lig eers op 'n gedeeltelik deursigtige spieël. As jy bloot ’n laserstraal na hierdie spieël stuur, word dit in twee dele verdeel: Die groter deel word weerkaats, ’n kleiner deel dring die spieël binne.”
Hierdie deel van die ligstraal wat die spieël binnedring, word nou deur die absorberende materiaallaag gestuur en dan teruggekeer na die gedeeltelik deursigtige spieël met lense en nog 'n spieël. “Die deurslaggewende ding is dat die lengte van hierdie pad en die posisie van die optiese elemente so aangepas word dat die terugkerende ligstraal (en sy veelvuldige refleksies tussen die spieëls) die ligstraal wat direk by die eerste spieël weerkaats word presies uitkanselleer ,” sê Yevgeny Slobodkin en Gil Weinberg, die gegradueerde studente wat die stelsel in Jerusalem gebou het.
Die twee gedeeltelike strale oorvleuel op so 'n manier dat die lig homself so te sê blokkeer. Alhoewel die gedeeltelik deursigtige spieël alleen eintlik 'n groot deel van die lig sou weerkaats, word hierdie weerkaatsing onmoontlik gemaak deur die ander deel van die straal wat deur die stelsel beweeg voordat dit na die gedeeltelik deursigtige spieël terugkeer.
Daarom word die spieël, wat vroeër gedeeltelik deursigtig was, nou heeltemal deursigtig vir die invallende laserstraal. Dit skep in wese 'n eenrigtingstraat vir die lig: die ligstraal kan die stelsel binnegaan, maar dan kan dit nie meer ontsnap nie as gevolg van die superposisie van die gereflekteerde gedeelte en die gedeelte wat in 'n sirkel deur die stelsel gelei word. Die lig het dus geen ander keuse as om geabsorbeer te word nie – die hele laserstraal word opgesluk deur 'n dun laag wat andersins die meeste van die straal sal laat deurgaan.
'n Sterk verskynsel
"Die stelsel moet presies ingestel word op die golflengte wat jy wil absorbeer," sê Stefan Rotter. “Maar buiten dit is daar geen beperkende vereistes nie. Die laserstraal hoef nie ’n spesifieke vorm te hê nie, dit kan op sommige plekke meer intens wees as op ander – byna perfekte absorpsie word altyd bereik.”
Nie eens lugturbulensie en temperatuurskommelings kan die meganisme benadeel nie, soos gedemonstreer is in eksperimente wat by die Hebreeuse Universiteit in Jerusalem uitgevoer is. Dit bewys dat dit 'n robuuste effek is wat 'n wye reeks toepassings beloof – byvoorbeeld, die voorgestelde meganisme kan selfs goed geskik wees om ligseine wat tydens transmissie deur die Aarde se atmosfeer vervorm word, perfek vas te vang. Die nuwe benadering kan ook van groot praktiese nut wees om liggolwe van swak ligbronne (soos verre sterre) optimaal in 'n detektor in te voer.
Verwysing: "Massief ontaarde koherente perfekte absorbeerder vir arbitrêre golffronte" 25 Augustus 2022, Wetenskap.
DOI: 10.1126/science.abq8103
