En strategi til at realisere den effektive resonansabsorption af guidede vandbølger

Absorptionen af ​​vandbølger er den proces, hvorigennem vandbølger mister deres energi og dermed reducerer deres indvirkning på kyster eller andre faste strukturer, der omgiver dem. Aktivering af denne absorptionsproces i virkelige omgivelser kan hjælpe med at beskytte kyster og strukturer mod skader forårsaget af bølger under ekstreme vejrforhold.

Forskere ved Sorbonne Université CNRS, Institut Polytechnique de Paris, University of Bristol, Le Mans Université CNRS og Université PSL CNRS har i årtier forsøgt at udtænke effektive strategier til at muliggøre effektiv absorption af vandbølger. I et nyligt papir offentliggjort i Physical Review Letters , har de introduceret en lovende ny strategi, baseret på et koncept introduceret af de amerikanske fysikere Stanley Autler og Charles Townes i 1950'erne.

"Vi har arbejdet i næsten 20 år med vandbølge-relaterede problemer, og i de sidste fem år eller deromkring har vi fokuseret på problemer, der specifikt er knyttet til absorptionen af ​​disse bølger til beskyttelse af kyster eller offshore-strukturer," Agnès Maurel, medforfatter til avisen, fortalte Phys.org. "Til dette formål har vi udviklet strategier baseret på resonansmekanismer, som det er tilfældet i denne undersøgelse."

I deres papir introducerede Maurel og hendes kolleger en ny strategi til at realisere den perfekte resonansabsorption af guidede vandbølger, som er baseret på en resonanseffekt kendt som Autler-Townes-spaltning. Dette er en fysisk effekt, der forekommer i to-niveau resonanssystemer, som er karakteriseret ved en opdeling af to overgangstilstande i mindre "dublet" tilstande adskilt af en såkaldt Rabi-oscillation.

Autler-Townes opdeling blev realiseret og observeret i forskellige fysiske systemer, lige fra radiofrekvenskilder til lasere og atomer. Som en del af deres undersøgelse forsøgte Maurel og hendes kolleger at udnytte denne veletablerede effekt til at kontrollere udbredelsen af ​​guidede vandbølger.

"Denne eksperimentelle præstation stammer fra en teoretisk analyse af den resonansmekanisme, vi offentliggjorde sidste år, som vi tilpassede til det specifikke formål at absorbere vandbølger," forklarede Maurel. "Léo-Paul Euvé, gennem sin innovative tilgang til implementering af eksperimenter og optiske målinger i laboratoriet, lykkedes i sidste ende at demonstrere effektiviteten af ​​denne mekanisme."

Forskerne demonstrerede effektiviteten af ​​deres foreslåede strategi til at kontrollere udbredelsen af ​​vandbølger teoretisk, i numeriske simuleringer og eksperimentelt. I deres eksperimenter var de i stand til at realisere den fuldstændige absorption af guidede vandbølger ved hjælp af en omhyggeligt designet asymmetrisk punktlignende scatterer, bestående af to tætsiddende resonanssidekanaler forbundet med en guide.

"Effektiviteten af ​​absorption, dvs. den fuldstændige undertrykkelse af bølger reflekteret og transmitteret af en sub-bølgelængde enhed, er det resultat, der synes mest betydningsfuldt for os," sagde Maurel. "Praktiske anvendelser vedrører naturligvis design af sådanne systemer til kystbeskyttelse og generelt for alle strukturer ved eller nær havet."

Dette forskerholds foreslåede strategi for at muliggøre resonansabsorption af vandbølger kan snart testes yderligere i både laboratorie- og virkelige omgivelser. Hvis dets effektivitet bekræftes, kan det i sidste ende bruges i kystområder til at kontrollere den energi, hvormed bølger rammer omkringliggende kyster og menneskeskabte strukturer, og dermed begrænse tilhørende skader.

"I forbindelse med applikationer, der spænder over have og oceaner, er det afgørende at overveje den iboende ikke-lineære natur og brede spektrale indhold af vandbølger," tilføjede Maurel. "Selvom vi ikke nødvendigvis dykker ned i specifikke applikationer i øjeblikket, må vi inkorporere disse faktorer i vores kommende undersøgelser, en proces der allerede er i gang."

Flere oplysninger: Léo-Paul Euvé et al., Perfekt resonansabsorption af guidede vandbølger ved Autler-Townes-spaltning. Fysiske anmeldelsesbreve (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.204002.

Journaloplysninger: Physical Review Letters

© 2023 Science X Network