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研究发现反激光伪装成完美的吸收器!

2019-10-06来源:微公益网
研究发现反激光伪装成完美的吸收器!

博科园-本文为光学和光子学类

杜克大学研究人员发现,他们一篇论文中描述的一种完美电磁波吸收器,可以很容易地转换成一种被称为相干完美吸收器(CPA)的“时间反转激光器”。这项研究发表在2019年1月28日的《高级光学材料》上。激光是一种将能量转换成相干光的装置,这意味着光波彼此完美地排列在一起。相反的过程,CPA(有时被称为时间反转激光)是一种设备,它能从两个完全相同的电磁波中,以完美同步的方式,从任意一侧吸收所有的能量。也就是说,波浪的波峰和波谷恰好同时从两侧进入物质。

研究发现反激光伪装成完美的吸收器!

博科园-科学科普:2017年杜克大学(Duke)电子与计算机工程教授威利帕迪拉(Willie Padilla)制造出了第一种能够在不含任何金属原子的情况下,吸收电磁波能量近100%的材料。这种装置是一种超材料合成材料,由许多独立的、经过工程设计的特征组成,共同产生自然界中没有的特性。这种特殊的超材料以氧化锆陶瓷为特色,其表面有凹槽,就像乐高积木的表面。通过改变圆柱体的大小和间距,对设备的性能进行计算建模后,研究人员意识到他们实际上创造了一种更基本的CPA。帕迪拉说:我们以前研究过这个系统作为一个完美的吸收器,但是现在发现这个装置也可以配置成CPA。

研究发现反激光伪装成完美的吸收器!

  • 这里描述的圆柱体宽度、高度和间距决定了新论文中描述的超材料如何吸收电磁能量。图片:Kebin Fan, Duke University

这项研究表明,这些看似不同的领域实际上是同一个领域。目前文献中描述的都只有一种模式。当传入的电磁波要么完全对齐,要么完全不同步时,它们就会起作用。帕迪拉和帕迪拉实验室的助理教授范克宾发现,他们理想的吸收器实际上是CPA,它有两种重叠模式:既能吸收对齐的波,也能吸收未对齐的波。通过改变材料的参数,使这两种模式不再重叠,帕迪拉和范能够证明,它可以很容易地变得像目前文献中的注册会计师一样,但具有更多的通用性。典型的只有一个变量,那就是材料的厚度,而新发现有三个:圆柱体的半径、高度和周期性。这给了我们更多的空间来定制这些模式,并把它们放到我们想要的频段上,这给了我们很大的灵活性来定制CPA。

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  • 实际超材料的图片,由一个领域的特殊定制的圆柱体。图片:Willie Padilla, Duke University

在这篇论文中,研究人员展示了设备可以在吸收电磁波的所有相位和仅仅通过将圆柱体的高度从1.1毫米增加到1.4毫米之间进行切换。有了这种简单的过渡,相信设计一种可以在两者之间动态切换的材料是可能的。虽然目前还没有任何设备可以利用CPA的能力,但帕迪拉和范佩西想到了一些。理论上,研究人员可以设计出一种设备,不仅可以像普通相机那样测量入射光的强度,还可以测量入射光的相位。如果想弄清楚一种材料的特性,测量的数据越多,就越能了解这种材料。虽然相干探测器确实存在,但通过其他技术制造它们的成本非常昂贵。

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  • 传统的“反激光器”只能在入射电磁波完全对准时吸收能量,如上图所示。图片:Duke University

博科园-科学科普|研究/来自: 杜克大学

参考期刊文献:《高级光学材料》

DOI: 10.1002/adom.201801632

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