Forskere opdager anti-laser maskering som perfekt absorber

Forskere ved Duke University har opdaget, at en perfekt absorber af elektromagnetiske bølger, de beskrev i et 2017-papir, nemt kan tweaked til en slags "tidsomvendt laser", kendt som en kohærent perfekt absorber (CPA).

Forskningen udkom online den 28. januar i tidsskriftet Avancerede optiske materialer .

En laser er en enhed, der omdanner energi til sammenhængende lys, hvilket betyder, at lysbølgerne er perfekt justeret med hinanden. At vende processen, en CPA - nogle gange kaldet en tidsomvendt laser - er en enhed, der absorberer al energien fra to identiske elektromagnetiske bølger, der rammer den fra hver side i perfekt synkronisering. Det er, deres bølgetoppe og bølgedaler går ind i materialet fra begge sider på nøjagtig samme tid.

I 2017 Willie Padilla, professor i elektro- og computerteknik ved Duke, byggede det første materiale, der er i stand til at absorbere næsten 100 procent af en elektromagnetisk bølges energi uden selv at indeholde et metalatom. Enheden var et metamateriale - syntetiske materialer sammensat af mange individuelle, konstruerede funktioner, der tilsammen producerer egenskaber, der ikke findes i naturen.

Dette særlige metamateriale indeholdt zirconia keramik konstrueret til en overflade med fordybninger med cylindre som forsiden af ​​en legoklods. Efter beregningsmodellering af enhedens egenskaber ved at ændre cylindrenes størrelse og afstand, forskerne indså, at de faktisk havde skabt en mere fundamental form for CPA.

"Vi har studeret dette system før som en perfekt absorber, men nu har vi fundet ud af, at denne enhed også kan konfigureres til at være en CPA, " sagde Padilla. "Denne undersøgelse har vist, at disse tilsyneladende forskellige felter faktisk er en og samme."

De CPA'er, der i øjeblikket er beskrevet i litteraturen, har alle kun én tilstand. De virker, når de indkommende elektromagnetiske bølger enten er perfekt justeret eller helt ude af sync. Padilla og Kebin Fan, en forskningsassistent professor i Padillas laboratorium, har opdaget, at deres perfekte absorber faktisk er en CPA med to overlappende tilstande:den kan absorbere både justerede og fejljusterede bølger.

Ved at ændre materialets parametre, så de to tilstande ikke længere overlapper hinanden, Padilla og Fan var i stand til at vise, at det nemt kunne blive ligesom CPA'erne i litteraturen, men med meget mere alsidighed.

"Typiske CPA'er har kun én variabel, materialets tykkelse, " sagde Fan. "Vi har tre:cylindrenes radius, højde og periodicitet. Dette giver os meget mere plads til at skræddersy disse tilstande og placere dem i frekvensspektret, hvor vi vil have dem, giver os en masse fleksibilitet til at skræddersy CPA'erne."

I avisen, forskerne viser, at deres enhed kan skifte mellem at absorbere alle faser af elektromagnetiske bølger og kun dem, der er synkroniserede med hinanden, blot ved at øge cylindrenes højde fra 1,1 millimeter til 1,4. Med denne lette overgang, de mener, at det burde være muligt at konstruere et materiale, der dynamisk kan skifte mellem de to.

"Det har vi ikke gjort endnu " sagde Padilla. "Det er udfordrende, men det er på vores dagsorden."

Selvom der i øjeblikket ikke er nogen enheder, der gør brug af CPA'ernes evner, Padilla og Fan har et par stykker i tankerne. I princippet, forskere kunne konstruere en enhed, der måler ikke kun intensiteten af ​​indkommende lys som et normalt kamera, men også dens fase.

"Hvis du forsøger at finde ud af et materiales egenskaber, jo flere mål du har, jo mere du kan forstå om materialet, " sagde Padilla. "Og selvom der eksisterer sammenhængende detektorer - har vi en i vores eget laboratorium, faktisk - de er ekstremt dyre at bygge gennem andre teknologier."