A kutatók tükrök és lencsék segítségével egy vékony réteg köré „fénycsapdát” építettek, amelyben a fénysugarat körbe irányítják, majd magára helyezik – pontosan úgy, hogy a fénysugár blokkolja önmagát, és többé ne tudja elhagyni a fényt. rendszer.
Kifejlesztettek egy „fénycsapdát”, amelyben egy fénysugár megakadályozza, hogy kiszabaduljon. Ez lehetővé teszi a fény tökéletes elnyelését.
Ha hatékonyan akarod használni a fényt, akkor azt a lehető legteljesebben el kell nyelned. Ez mindkettőre igaz fotoszintézis és fotovoltaikus rendszerben. Ez azonban nehéz, ha az abszorpció vékony anyagrétegben történik, amely általában a fény nagy részét átengedi.
Most találtunk egy meglepő trükköt, amely lehetővé teszi a fénysugár teljes elnyelését még a legvékonyabb rétegekben is. A vékony réteg köré tükrök és lencsék segítségével „fénycsapdát” építettek, amelyben a fénysugarat körbe irányítják, majd rárakják önmagára – pontosan úgy, hogy a fénysugár blokkolja önmagát, és többé ne tudja elhagyni a fényt. rendszer. Így a fénynek nincs más lehetősége, mint elnyelni a vékony rétegben – nincs más kiút.
Ezt az abszorpciós-amplifikációs módszert a TU Wien és a The Hebrew University of Jerusalem kutatócsoportjai a mai napon (25. augusztus 2022-én) mutatják be a tudományos folyóiratban. Tudomány. Ez a két csapat eredményes együttműködésének eredménye. A megközelítést Prof. Ori Katz javasolta a Jeruzsálemi Héber Egyetemről, és a koncepciót Stefan Rotter professzorral dolgozta ki a TU Wien-től. A kísérletet a jeruzsálemi laborcsoport végezte, az elméleti számítások pedig a bécsi csapattól származtak.
A „fénycsapda” elrendezés látható, amely egy részben átlátszó tükörből, egy vékony, gyenge abszorberből, két konvergáló lencséből és egy teljesen visszaverő tükörből áll. Normális esetben a beeső fénysugár nagy része visszaverődik. A pontosan kiszámított interferenciahatások miatt azonban a beeső fénysugár interferál a tükrök között visszaverődő fénysugárral, így a visszavert fénysugár végül teljesen kialszik. A fény energiáját a vékony és gyenge abszorber teljesen felszívja. hitel: TU Wien
A vékony rétegek átlátszóak a fény számára
„A fény elnyelése könnyű, ha egy szilárd tárgyhoz ér” – mondja Prof. Stefan Rotter, a TU Wien Elméleti Fizikai Intézetéből. „Egy vastag fekete gyapjú pulóver könnyen elnyeli a fényt. De sok műszaki alkalmazásban csak egy vékony anyagréteg áll rendelkezésre, és azt szeretné, hogy a fény pontosan ebben a rétegben nyelje el.”
Már történtek kísérletek az anyagok felszívódásának javítására. Például az anyag két tükör közé helyezhető. A fény oda-vissza visszaverődik a két tükör között, minden alkalommal áthalad az anyagon és így nagyobb eséllyel nyelődik el. Ehhez azonban a tükrök nem lehetnek tökéletesek – az egyiknek részben átlátszónak kell lennie, különben a fény egyáltalán nem hatolhat át a két tükör közötti területre. Ez azonban azt is jelenti, hogy amikor a fény eléri ezt a részben átlátszó tükröt, a fény egy része elvész.
A fény blokkolja magát
Ennek megelőzése érdekében lehetőség van a fény hullámtulajdonságainak kifinomult felhasználására. „A mi megközelítésünk szerint képesek vagyunk minden visszaverődést kiiktatni hulláminterferenciával” – mondja Prof. Ori Katz, a Jeruzsálemi Héber Egyetem munkatársa. Helmut Hörner, a TU Wien-ből, aki ennek a témának szentelte szakdolgozatát, így magyarázza: „A mi módszerünkben is a fény először egy részben átlátszó tükörre esik. Ha egyszerűen lézersugarat küldünk erre a tükörre, az két részre oszlik: a nagyobb rész visszaverődik, a kisebb rész behatol a tükörbe.
A fénysugárnak ez a része, amely áthatol a tükörön, most átkerül az elnyelő anyagrétegen, majd lencsékkel és egy másik tükörrel visszakerül a részben átlátszó tükörbe. „A döntő az, hogy ennek az útnak a hosszát és az optikai elemek helyzetét úgy állítsuk be, hogy a visszatérő fénysugár (és annak többszörös visszaverődése a tükrök között) pontosan kioltsa a közvetlenül az első tükörről visszaverődő fénysugarat. ” – mondja Jevgenyij Slobodkin és Gil Weinberg, a rendszert jeruzsálemi végzős hallgatók.
A két résznyaláb úgy fedi egymást, hogy a fény úgymond blokkolja magát. Bár a részben átlátszó tükör önmagában valóban visszaverné a fény nagy részét, ezt a visszaverődést lehetetlenné teszi, hogy a sugár másik része áthalad a rendszeren, mielőtt visszatérne a részben átlátszó tükörhöz.
Ezért a tükör, amely korábban részben átlátszó volt, most teljesen átlátszóvá válik a beeső lézersugár számára. Ez lényegében egyirányú utcát hoz létre a fény számára: a fénysugár bejuthat a rendszerbe, de ekkor már nem tud kiszabadulni a visszavert rész és a rendszeren körben átvezetett rész szuperpozíciója miatt. Így a fénynek nincs más választása, mint elnyelni – a teljes lézersugarat elnyeli egy vékony réteg, amely egyébként a sugár nagy részét átengedné.
Robusztus jelenség
„A rendszert pontosan az elnyelni kívánt hullámhosszra kell beállítani” – mondja Stefan Rotter. „De ezen kívül nincsenek korlátozó követelmények. A lézersugárnak nem kell konkrét formájúnak lennie, helyenként intenzívebb lehet, mint másutt – szinte tökéletes elnyelés mindig elérhető.”
Még a légturbulencia és a hőmérséklet-ingadozás sem károsíthatja a mechanizmust, amint azt a jeruzsálemi Héber Egyetemen végzett kísérletek kimutatták. Ez azt bizonyítja, hogy robusztus hatásról van szó, amely sokféle alkalmazási lehetőséget ígér – a bemutatott mechanizmus például akár a Föld légkörén áthaladó fényjelek tökéletes rögzítésére is alkalmas lehet. Az új megközelítés nagy gyakorlati hasznot is jelenthet gyenge fényforrásokból (például távoli csillagokból) származó fényhullámok detektorba történő optimális táplálására.
Hivatkozás: „Tömegesen degenerált koherens tökéletes abszorber tetszőleges hullámfrontokhoz” 25. augusztus 2022. Tudomány.
DOI: 10.1126/science.abq8103
