A fizikusok tökéletes fényt fejlesztenek ki

Az ábrán 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 zavarja a tükrök között visszaverődő fénysugarat, végül teljesen kioltja a visszavert fénysugarat. A fény energiáját a vékony és gyenge abszorber teljesen elnyeli. Jóváírás: TU Wien

Akár fotoszintézisben, akár fotovoltaikus rendszerben: ha hatékonyan akarod használni a fényt, akkor azt a lehető legteljesebben el kell nyelned. Ez azonban nehéz, ha az abszorpciónak vékony anyagrétegben kell megtörténnie, amely normál esetben a fény nagy részét átengedi.

A TU Wien és a Jeruzsálemi Héber Egyetem kutatócsoportjai most egy meglepő trükköt találtak, amely lehetővé teszi a fénysugár teljes elnyelését még a legvékonyabb rétegekben is: tükrök és lencsék segítségével “fénycsapdát” építettek a vékony réteg köré. ahol a fénysugarat körbe küldik, majd magára fektetik – csak úgy, hogy a fénysugár blokkolja önmagát, és ne tudja elhagyni a rendszert. A fénynek tehát nincs más választása, mint elnyelni a vékony filmréteget – nincs más kiút.

Ez az abszorpciós amplifikációs módszer, amelyet most a tudományos folyóiratban mutatnak be Tudomány, a két csapat gyümölcsöző együttműködésének eredménye: a megközelítést Prof. Ori Katz, a Jeruzsálemi Héber Egyetem munkatársa, és Prof. Stefan Rotter, a TU Wien munkatársa; a kísérletet a jeruzsálemi laborcsoport végezte, az elméleti számítások pedig a bécsi csapattól származtak.

A vékony rétegek átlátszóak a fény számára

“A fény elnyelése könnyű, ha egy szilárd tárgyhoz ér” – mondja Stefan Rotter professzor, a TU Wien Elméleti Fizikai Intézetének munkatársa. “Egy vastag fekete gyapjú pulóver könnyen elnyeli a fényt. De sok műszaki alkalmazásnál csak vékony anyagréteg van, és azt szeretné, hogy a fény pontosan ebben a rétegben nyelje el.”

Az anyagok nedvszívó képességének javítására már történtek kísérletek: például két tükör közé is elhelyezhető az anyag. A fény oda-vissza visszaverődik a két tükör között, minden alkalommal áthalad az anyagon, így nagyobb eséllyel nyelődik el. Ehhez azonban a tükrök nem lehetnek tökéletesek – az egyiknek részben átlátszónak kell lennie, különben a fény egyáltalán nem tud behatolni 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 megakadályozására lehetőség van a fény hullámtulajdonságainak okos kihasználására. “A mi megközelítésünkben képesek vagyunk kiiktatni a hulláminterferenciából származó összes visszaverődést” – mondta 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 küldesz erre a tükörre, az ketté válik. . részek: Nagy része visszaverődik, kisebb része behatol a tükörbe.”

A tükörbe belépő fénysugárnak ez a része most átkerül az elnyelő anyagrétegen, majd visszakerül a részben átlátszó tükörbe lencsékkel és egy másik tükörrel. “A döntő dolog az, hogy ennek az útnak a hosszát és az optikai elemek helyzetét úgy állítsák be, hogy a visszatérő fénysugár (és a tükrök közötti többszörös visszaverődés) pontosan kioltsa a közvetlenül az első tükörről visszaverődő fénysugarat” – mondta Jevgenyij. Slobodkin és Gil Weinberg, a végzős hallgatók, akik Jeruzsálemben építették a rendszert.

A két részsugár úgy fedi egymást, hogy a fény mintegy blokkolja önmagát: bár a részben átlátszó tükör önmagában visszaverné a fény nagy részét, ez a visszaverődés lehetetlenné válik, mert a sugár másik része áthalad a fényen. rendszert, mielőtt visszatérne. a részben átlátszó tükörhöz.

Ezért a tükör, amely korábban részben átlátszó volt, most teljesen átlátszóvá válik a beeső lézersugár számára. Ez egyirányú forgalmat hoz létre a fény számára: a fénysugár bejuthat a rendszerbe, de 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 egyébként nincsenek megszorító követelmények. A lézersugárnak nem kell konkrét formájúnak lennie, helyenként intenzívebb lehet, mint máshol – szinte tökéletes elnyelés mindig elérhető.”

A jeruzsálemi Héber Egyetemen végzett kísérletek szerint még a légturbulencia és a hőmérséklet-ingadozás sem károsíthatja a mechanizmust. Ez azt bizonyítja, hogy egy robusztus, sokrétű alkalmazási lehetőséget ígérő effektusról van szó – a bemutatott mechanizmus például akár nagyon is alkalmas lehet a Föld légkörén áthaladó fényjelek tökéletes rögzítésére. Az új megközelítés nagy gyakorlati hasznot is jelenthet gyenge fényforrásokból (például távoli csillagokból) származó fényhullámok detektorba történő optimális táplálására.


Milyen színű a tükör? Magyarázza el a tükröket és működésüket.


Több információ:
Jevgenyij Slobodkin és társai, Masszívan degenerált koherens tökéletes abszorber tetszőleges hullámfrontokhoz, Tudomány (2022). DOI: 10.1126/science.abq8103. www.science.org/doi/10.1126/science.abq8103

A Bécsi Műszaki Egyetem biztosítja

Idézet: A fizikusok tökéletes fénycsapdát dolgoznak ki (2022, augusztus 25.), amelyet 2022. augusztus 26-án töltöttek le a https://phys.org/news/2022-08-physicists.html webhelyről

Ez a dokumentum szerzői jogvédelem alatt áll. A személyes tanulmányi vagy kutatási célú tisztességes bánásmódon kívül semmi más nem reprodukálható írásos engedély nélkül. A tartalom kizárólag tájékoztató jellegű.

Leave a Comment

%d bloggers like this: