Когерентный идеальный поглотитель - Coherent perfect absorber

А когерентный идеальный поглотитель (CPA), или же анти-лазер, это устройство, которое поглощает когерентный свет и преобразует ее в некоторую форму внутренней энергии, такую ​​как тепло или электрическая энергия.[1][2] Это обращенный во времени аналог лазер.[3] Впервые концепция была опубликована в номере журнала от 26 июля 2010 г. Письма с физическими проверками, командой в Йельский университет во главе с теоретиком А. Дуглас Стоун и физик-экспериментатор Хуэй В. Цао.[4][5] В номере от 9 сентября 2010 г. Физический обзор A, Стефано Лонги из Политехнический университет Милана показали, как совместить лазер и антилазер в одном устройстве.[6] В феврале 2011 года команда Йельского университета построила первый действующий антилазер.[7][8] Это двухканальное устройство CPA, которое поглощает выходную мощность двух лазеров, но только тогда, когда лучи имеют правильные фазы и амплитуды.[9] Первоначальное устройство поглощало 99,4% всего падающего света, но команда разработчиков считает, что можно достичь 99,999%.[7]Первоначально с резонатором FP, оптический CPA работает на определенной частоте и материале толщиной с длину волны. В январе 2012 г. тонкая пленка CPA был предложен с использованием ахроматической дисперсии металла, демонстрируя беспрецедентную ширину полосы пропускания и преимущества тонкого профиля.[10] Эта теоретическая оценка была экспериментально продемонстрирована в 2014 году.[11] В номере журнала Nature от 21 марта 2019 г. TU Wien (Австрия) и из Университет Ниццы (Франция) представила первую экспериментальную реализацию многоканального CPA в неупорядоченной рассеивающей среде, которая значительно расширяет область возможных приложений.[12] В этой первой реализации случайный анти-лазер (то есть, обратное время случайный лазер ) было достигнуто поглощение более 99,78% входящей интенсивности.

Теоретическое поглощение и соответствующая дисперсия для ультратонких CPA

Дизайн

В первоначальной конструкции идентичные лазеры запускаются в резонатор, содержащий кремний пластина, светопоглощающий материал, который действует как «среда потерь». Пластина выравнивает световые волны от лазеров таким образом, чтобы они попадали в ловушку, вызывая большую часть фотоны подпрыгивать вперед и назад, пока они не впитаются и не превратятся в тепло. Кроме того, многие из оставшихся световых волн нейтрализуются, мешая друг другу.[2][7] Напротив, обычный лазер использует получить средний который усиливает свет, а не поглощает его. Другая установка была использована для первой экспериментальной демонстрации CPA в неупорядоченной среде (случайный антилазер).[12] Здесь использовался металлический волновод, внутри которого размещался набор случайно расположенных рассеивающих объектов. В середине этой «неупорядоченной среды» была введена антенна, через которую вводился сигнал в волновод. Чтобы достичь условия CPA, инжектируемый волновой фронт микроволн был сформирован в общей сложности на восьми внешних антеннах, а сила связи центральной антенны была настроена путем ее перемещения внутрь и из волновода.

Приложения

Когерентные совершенные поглотители могут быть использованы для создания абсорбционных интерферометров, которые могут быть полезны в детекторах, преобразователях и оптических переключателях.[4] Другое возможное применение - радиология, где принцип CPA может использоваться для точного нацеливания электромагнитного излучения внутри тканей человека в терапевтических целях или в целях визуализации.[7] Более того, концепция CPA может быть использована для достижения идеальной фокусировки акустических или электромагнитных сигналов на приемниках, даже если они встроены в сложную среду.[12]

Рекомендации

  1. ^ Гмахл, Клэр Ф. (2010). «Лазерная наука: присоски для света». Природа. 467 (7311): 37–39. Bibcode:2010 Натур.467 ... 37G. Дои:10.1038 / 467037a. PMID  20811446.
  2. ^ а б "Вот, Антилазер". Новости науки. Архивировано из оригинал на 2012-11-15. Получено 2010-09-07.
  3. ^ Лонги, Стефано (2010). «Обратная генерация дает идеальный поглотитель». Физика. 3: 61. Bibcode:2010PhyOJ ... 3 ... 61L. Дои:10.1103 / Физика.3.61.
  4. ^ а б Chong, Y .; Ге, Ли; Цао, Хуэй; Стоун, А. (2010). «Когерентные совершенные поглотители: лазеры с обращенным во времени». Письма с физическими проверками. 105 (5): 053901. arXiv:1003.4968. Bibcode:2010PhRvL.105e3901C. Дои:10.1103 / PhysRevLett.105.053901. PMID  20867918.
  5. ^ Стефано Лонги (2010). «Обратная генерация дает идеальный поглотитель». Физика. 3: 61. Bibcode:2010PhyOJ ... 3 ... 61L. Дои:10.1103 / Физика.3.61.
  6. ^ Стефано Лонги (2010). «ПТ-симметричный лазерный поглотитель». Физический обзор A. 82 (3): 031801. arXiv:1008.5298. Bibcode:2010PhRvA..82c1801L. Дои:10.1103 / PhysRevA.82.031801. (Сводка Марка Саффмана. )
  7. ^ а б c d «Ученые создали первый в мире антилазер». Йельский университет. 2011-02-17. Архивировано из оригинал на 2011-02-21. Получено 2011-02-17.
  8. ^ «Ученые создали первый в мире антилазер». BBC. 2011-02-17. Получено 2011-02-17.
  9. ^ Ван, Вт .; Chong, Y .; Ge, L .; Но, H .; Stone, A.D .; Цао, Х. (2011). «Обращенная во времени генерация и интерферометрический контроль поглощения». Наука. 331 (6019): 889–892. Bibcode:2011Наука ... 331..889W. Дои:10.1126 / science.1200735. PMID  21330539.
  10. ^ Pu, M .; Feng, Q .; Wang, M .; Hu, C .; Хуанг, С .; Максимум.; Zhao, Z .; Wang, C .; Луо, X. (17 января 2012 г.). «Ультратонкий широкополосный почти идеальный поглотитель с симметричным когерентным освещением». Оптика Экспресс. 20 (3): 2246–2254. Bibcode:2012OExpr..20.2246P. Дои:10.1364 / oe.20.002246. PMID  22330464.
  11. ^ Li, S .; Luo, J .; Anwar, S .; Li, S .; Lu, W .; Hang, Z.H .; Lai, Y .; Hou, B .; Шен, М .; Ван, К. (2015). «Широкополосное совершенное поглощение ультратонких проводящих пленок с когерентным освещением: превосходные характеристики электромагнитного поглощения». Физический обзор B. 91 (22): 220301. arXiv:1406.1847. Bibcode:2015PhRvB..91v0301L. Дои:10.1103 / PhysRevB.91.220301.
  12. ^ а б c Пихлер, Кевин; Кюмайер, Маттиас; Бём, Джулиан; Брандстёттер, Андре; Амбихль, Филипп; Куль, Ульрих; Роттер, Стефан (21 марта 2019 г.). «Случайная анти-генерация через когерентное совершенное поглощение в неупорядоченной среде». Природа. 567 (7748): 351–355. Дои:10.1038 / s41586-019-0971-3. ISSN  0028-0836. PMID  30833737.