Den tilfældige anti-laser

Laseren er den perfekte lyskilde - så længe den er forsynet med energi, det genererer lys fra en bestemt, veldefineret farve. Imidlertid, det er også muligt at skabe sit modsætning - et objekt, der perfekt absorberer lys fra en bestemt farve og spilder energien næsten fuldstændigt.

Forskere ved TU Wien (Wien) har udviklet en metode til at gøre brug af denne effekt, selv i meget komplicerede systemer, hvor lysbølger tilfældigt spredes i alle retninger. Metoden blev udviklet i Wien ved hjælp af computersimuleringer, og bekræftet ved forsøg i samarbejde med universitetet i Nice. Dette åbner nye muligheder for alle tekniske discipliner, der har med bølgefænomener at gøre. Den nye metode er nu blevet offentliggjort i tidsskriftet Natur .

Tilfældige strukturer, der absorberer bølger

"Hver dag har vi at gøre med bølger, der er spredt på en kompliceret måde - tænk på et mobiltelefonsignal, der reflekteres flere gange, før det når din mobiltelefon, "siger prof. Stefan Rotter fra Institut for Teoretisk Fysik ved TU Wien." De såkaldte tilfældige lasere gør brug af denne multiple spredning. Sådanne eksotiske lasere har en kompliceret, tilfældig intern struktur og udstråler en meget specifik, individuelt lysmønster, når det forsynes med energi. "

Med matematiske beregninger og computersimuleringer, Rotters team kunne vise, at denne proces også kan vendes i tide. I stedet for en lyskilde, der udsender en bestemt bølge afhængigt af dens tilfældige indre struktur, det er også muligt at bygge den perfekte absorber, som fuldstændigt spreder en bestemt slags bølge, afhængigt af dens karakteristiske interne struktur, uden at lade nogen del af det flygte. Dette kan forestilles som at lave en film af en normal laser, der sender laserlys ud, og spiller det omvendt.

"På grund af denne tidsomvendte analogi til en laser, denne type absorber kaldes en anti-laser, "siger Stefan Rotter." Indtil videre har sådanne antilasere er kun blevet realiseret i endimensionelle strukturer, som rammes af laserlys fra modsatte sider. Vores tilgang er meget mere generel. Vi kunne vise, at selv vilkårligt komplicerede strukturer i to eller tre dimensioner perfekt kan absorbere en specielt skræddersyet bølge. Den vej, konceptet kan bruges til en lang række applikationer. "

Den perfekte bølgeabsorber

Forskningsprojektets hovedresultat:For hvert objekt, der absorberer bølger tilstrækkeligt stærkt, en bestemt bølgeform kan findes, som er perfekt absorberet af dette objekt. "Imidlertid, det ville være forkert at forestille sig, at absorberen bare skal gøres stærk nok, så den simpelthen sluger hver indkommende bølge, "siger Stefan Rotter." I stedet for der er en kompleks spredningsproces, hvor hændelsesbølgen deler sig i mange delbølger, som derefter overlapper og forstyrrer hinanden på en sådan måde, at ingen af ​​de delvise bølger kan komme ud for enden. "En svag absorber i antilaseren er nok-for eksempel en simpel antenne, der tager energi fra elektromagnetiske bølger.

For at teste deres beregninger, teamet arbejdede sammen med universitetet i Nice. Kevin Pichler, den første forfatter til Natur offentliggørelse, der i øjeblikket arbejder på sin afhandling i teamet af Stefan Rotter, tilbragte flere uger med professor Ulrich Kuhl ved University of Nice for at omsætte teorien til praksis ved hjælp af mikrobølgeeksperiment. "Rent faktisk, det er lidt usædvanligt for en teoretiker at udføre eksperimentet, "siger Kevin Pichler." For mig, imidlertid, det var særligt spændende at kunne arbejde med alle aspekter af dette projekt, fra det teoretiske koncept til dets implementering i laboratoriet. "

Den laboratoriumbyggede "Random Anti-Laser" består af et mikrobølgeovnkammer med en central absorberende antenne, omgivet af tilfældigt arrangerede tefloncylindre. Ligner sten i en vandpyt, hvor vandbølger afbøjes og reflekteres, disse cylindre kan sprede mikrobølger og skabe et kompliceret bølgemønster. "Først sender vi mikrobølger udefra gennem systemet og måler, hvordan de præcist kommer tilbage, "forklarer Kevin Pichler." Ved dette, den tilfældige indretnings indre struktur kan karakteriseres fuldt ud. Derefter er det muligt at beregne den bølge, der sluges fuldstændigt af centralantennen ved den rigtige absorptionsstyrke. Faktisk, ved implementering af denne protokol i forsøget, vi finder en absorption på cirka 99,8% af hændelsessignalet. "

Anti-laser teknologi er stadig i sin tidlige fase, men det er let at tænke på potentielle applikationer. "Forestille, for eksempel, at du kunne justere et mobiltelefonsignal nøjagtigt den rigtige måde, så den absorberes perfekt af antennen i din mobiltelefon, "siger Stefan Rotter." Også inden for medicin, vi behandler ofte opgaven med at transportere bølgeenergi til et meget specifikt punkt - såsom stødbølger, der knuser en nyresten. "