Forskere præsenterer anti-reflekterende belægning, der blokerer bølger af mange typer

Dårlig trådløs modtagelse, støjen i radiosignalet eller dårlig sigtbarhed i tågen – alle disse gener har at gøre med, at bølger såsom synligt lys eller mikrobølgesignaler afbøjes og reflekteres af adskillige uordnede forhindringer. TU Wien i Wien (Østrig) og universitetet i Rennes (Frankrig) har nu i fællesskab udviklet en overraskende metode til helt at eliminere bølgereflektioner.

Metoden tillader beregning af en skræddersyet anti-reflekterende struktur. Det kan f.eks. bruges til at designe et ekstra lag til en væg, der kun er delvist gennemtrængelig for et trådløst signal, så hele signalet kan kanaliseres gennem væggen uden refleksioner.

Indtil nu var det ikke engang klart på et teoretisk niveau, at sådan noget overhovedet var muligt - nu var forskerholdet i stand til at præsentere en beregningsmetode for dette og testede den også med succes i et eksperiment:mikrobølger blev sendt gennem et kompleks, uordnet labyrint af forhindringer, så blev den matchende anti-reflekterende struktur beregnet og placeret foran forhindringerne i eksperimentet - refleksionen kunne fås til at forsvinde næsten fuldstændigt:ingen af ​​bølgerne vendte tilbage til den side, hvorfra de blev injiceret.

En anti-reflekterende belægning til næsten alt

"Du kan tænke på, at det ligner den anti-reflekterende belægning på dine briller," siger prof. Stefan Rotter fra Institut for Teoretisk Fysik ved TU Wien. "Du tilføjer et ekstra lag til overfladen af ​​brillerne, som så får lysbølger til at passere bedre til dine øjne end før - refleksionen reduceres."

Med konventionelle briller er dette stadig relativt simpelt og i mellemtiden standardteknologi. Det er meget vanskeligere, når man har at gøre med et uordnet medie, hvor en bølge gentagne gange bliver spredt og afbøjet, indtil den finder vej ud af sådan en labyrint via komplicerede stier. En uklar glasrude eller et stykke sukker falder ind under denne kategori - eller endda en betonvæg, som et radiosignal rammer. Bølgerne er spredt på mange punkter, så kun en del af dem kommer igennem, resten reflekteres eller absorberes i væggen.

Men som det nu viser sig, er det, selv med kompleks bølgespredning, muligt at finde en "coating", der forhindrer enhver refleksion. "Først skal du simpelthen sende bestemte bølger gennem mediet og måle nøjagtigt på hvilken måde disse bølger reflekteres af materialet," forklarer Michael Horodynski (TU Wien), den første forfatter til den aktuelle publikation. "Vi var i stand til at vise, at denne information kan bruges til at beregne en tilsvarende kompenserende struktur for ethvert medie, der spreder bølger på en kompleks måde, så kombinationen af ​​begge medier tillader bølger at passere fuldstændigt igennem. Nøglen til dette er en matematisk metode, som vi udviklede til at beregne den nøjagtige form af dette anti-reflekterende lag."

Eksperimenter med mikrobølger

I den eksperimentelle implementering af denne nye metode udført i Rennes, blev mikrobølger først sendt gennem en metallisk bølgeleder, hvor bølgerne er spredt af snesevis af små genstande lavet af metal og teflon placeret helt tilfældigt og på en uordnet måde. Kun omkring halvdelen af ​​mikrobølgestrålingen når den anden side, resten reflekteres.

Efter præcis måling af dette systems spredningsadfærd var det muligt at bruge den nyudviklede metode til at beregne, hvilke yderligere spredningspunkter der danner et perfekt "antireflekterende lag" for netop dette tilfældige system.

Og sandelig:Hvis bølger først sendes gennem det antireflekterende område med de matematisk optimerede yderligere spredningspunkter og derefter rejser derfra gennem området med de tilfældigt arrangerede spredere, ender de hundrede procent på den anden side - ingen bølge vender tilbage til udgangspunktet og refleksionen er ubetydelig; og dette gælder for enhver bølgeform, der rammer den antireflekterende struktur.

Fra trådløse signaler til mikroskopet

At det er muligt at kompensere for bølgespredning med yderligere spredning åbner muligheder på vidt forskellige områder:Teknologien kunne være nyttig ikke kun til bedre trådløs modtagelse, men også til billeddannelsesteknikker, for eksempel inden for biofysik. Bølgedynamik og bølgespredning vil også spille en stor rolle i 6G, den næste generation af mobilkommunikation efter 5G:man kunne reducere intensiteten af ​​mobilradiosignaler, hvis man formår at sende dem ad passende veje fra senderen til modtageren med så lidt refleksion som muligt. + Udforsk yderligere

Forskere skaber lysbølger, der kan trænge igennem selv uigennemsigtige materialer