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反激光”挑战传统激光概念

发布时间: 2019-03-20 14:40:49   作者:本站编辑   来源: sciencedaily.com   浏览次数:

 

 

在维也纳的图维恩,已经开发出一种利用这种效应的方法,即使在非常复杂的系统中,光波在各个方向上随机散射。该方法是在维也纳计算机模拟的帮助下发展起来的,并通过与尼斯大学合作的实验加以证实。这为所有与波现象有关的技术学科开辟了新的可能性。这一新方法现已发表在《自然》杂志上。

“每天我们都在处理以复杂方式散射的波——想想手机信号在到达你的手机之前会反射几次。”维也纳大学理论物理研究所的Stefan Rotter教授说,“所谓的随机激光器利用了这种多重散射。这种奇特的激光器内部结构复杂、随机,在提供能量的情况下,会辐射出一种非常独特的光模式。”

通过数学计算和计算机模拟,Stefan Rotter的团队可以证明这个过程也可以及时逆转。除了光源根据其随机的内部结构发射特定的波外,还可以建立完美的吸收器,完全消散一种特定的波,这取决于其特征的内部结构,而不让任何部分逃逸。这可以想象成一部普通激光的电影,发出激光,然后反过来播放。

StefanRotter说:“由于这种与激光的时间倒转类比,这种吸收体被称为反激光。”到目前为止,这种反激光只能在一维结构中实现,而一维结构是由来自相反方向的激光照射而成的。我们的方法更为普遍。我们能够证明,即使是二维或三维的任意复杂结构也能完美地吸收一种特制的波。这样,这一概念可得到广泛的应用。”

研究项目的主要结果是:对于每一个足够强地吸收波的物体,都能找到一种完全被该物体吸收的特定波形。“然而,想象吸收器必须足够坚固,这样它就可以吞下每一个入射的波,这是错误的。”Stefan Rotter说,相反,有一个复杂的散射过程,在这个过程中,入射波分裂成许多部分波,然后重叠并相互干扰,这样一来,所有的部分波都不会在最后消失。“反激光中的弱吸收体就足够了,例如一个简单的天线吸收电磁波的能量。

为了测试他们的计算结果,研究小组与尼斯大学合作。Kevin Pichler是该文的第一作者,他目前正在StefanRotter团队中撰写论文,他与尼斯大学的Ulrich Kuhl教授共事了几周,利用微波实验将这一理论付诸实践。实际上,理论家进行这个实验有点不寻常。然而,对我来说,能够在这个项目的各个方面工作,从理论概念到在实验室中的实施,是特别令人兴奋的。

实验室建造的“随机反激光”由一个微波室和一个中央吸收天线组成,周围是随机排列的特氟隆圆柱体。类似于水坑中的石头,水波在其中被偏转和反射,这些圆柱体可以散射微波并产生复杂的波型。首先,我们通过系统从外部发送微波,然后测量它们到底是如何回来的。知道了这一点,随机装置的内部结构就可以得到充分的表征。然后就可以计算出在合适的吸收强度下被中央天线完全吞没的波。事实上,在实验中实施该协议时,我们发现大约99.8%的入射信号被吸收。”

反激光技术仍处于早期阶段,但很容易想到潜在的应用。例如,想象一下,你可以以正确的方式调整手机信号,使其完全被手机天线吸收。同样在医学上,我们也经常处理将波能量传输到一个非常特定的点的任务,例如冲击波击碎肾结石。”

原文题目:Random anti-lasing through coherent perfect absorptionin a disordered medium. 出版物:Nature, 2019; DOI:10.1038/s41586-019-0971-3

编译自https://www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190304121454.htm

 
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