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美科学家开发出反激光充电法

发布时间: 2020-11-26 15:44:59   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  长期以来,研究人员一直相信无线充电技术可以让我们的充电器和充电线退休。它可以摆脱充电线,为房间里任一角落的手机或是笔记本电脑进行充电。近期,国外的一支研究团队,成功开发了一种“反激光”技术,实现了这看起来甚至有些科幻的功能。 

  所谓的“反激光”技术有一个学名,叫做相干完美吸收(coherent perfect absorption,CPA)。和激光器能够将光子或电子有序地排成一排并以相同的频率、相位发射出来一样,CPA可以在通过相反的方向一个一个地吸收光子,因此被称为反激光器。 

  其实,这种技术以前就有人提出,并且开发出了相应的充电设备。但和现在的无线充电技术一样,以前的反激光充电要求电子设备必须对准方向,而且中间不能有物体遮挡,否则就会停止充电。因此虽然在实验室取得了一定的成果,但这项技术迟迟不能应用到生活中来。 

  来自美国马里兰大学的Lei Chen等人在《自然-通讯》杂志上发表的一篇论文介绍:他们在多次实验后,终于解决了这些问题。他们的CPA技术通过一台机器发射能量,然后由另一台机器(反激光器)进行接收。即使是在有一些障碍物的情况下,只要处在同一个房间,反激光器仍然能接收多达99.996%的发射功率。 

  

  图4. “反激光”装置,可从房间对面给手机充电

  在此之前,其他人开发反激光模型都相对比较简单,其中最简单的一种是:激光器将光子一个一个射到反激光器中,而且要求光子在射入反激光器时,保证和射出激光器是对称的。简单来说,就是如果倒序来看,要和从反激光器射到激光器是一样的,这在物理学上叫做“时间反演对称性”。 

  但是,本次研究要求破坏掉这种时间反演对称性,于是研究人员利用磁场猛烈地震荡光子,使其失去了时间反演对称性。于是,在被射出的过程中,光子就像是一根绳子变成了一团乱麻一样,或者说比这还要更乱,以至于无法退回到过去。 

  Chen等人一共在两种实验设置下完成了这种摆脱时间反演的CPA,都使用了微波能量。其中,第一组实验中,他们用电线做成了一个“迷宫”,光子需要通过这个“迷宫”才能抵达反激光器;而在第二组实验中,他们打造了一个形状不规则的黄铜腔体,然后把反激光器放在中心,光子需要经过散射并在腔体内的空间内多次反射后才能射进去。 

  为了实现这个目的,他们发射了不同性质的微波进行实验,并且从振幅、频率和相位这三个电磁波最重要特征的角度进行检测,记录下什么样的组合能够最有效地让它落在接收器上并且被吸收。 

  最终,他们在两种情况下都找到了最完美的组合,即使是在光子穿越磁场和不规则的开放空间后,依然可以有绝大部分被吸收。其中,在磁场的实验中,有高达99.999%的比例被吸收;而在黄铜腔体的实验中,被吸收的比例也高达99.996%。 

  在取得了这样的成果之后,研究人员在论文中介绍:“这说明了CPA的概念已经远远超出了它作为时间逆转激光的概念,”他们相信,这项技术在未来会有很广的应用前景,比如(1)远距离的无线充电功能:让手机或笔记本电脑在充电的时候不再受到充电线的拉扯导致不便;(2)传感设备:可以通过对光子的感知来判断房间内的一些变化,比如应用于安全摄像头中,就能感受到是否有不速之客闯入房间;(3)加密信息传递:它可以将一些重要的信息传递给一个隐藏的接收器,通过CPA技术发出的信号可以使用不断变化的调频数字,实现加密功能,只有了解其中加密方式的接收者,才能够知道这些信号具体传达了什么信息。 

  根据研究人员的设想,这种设备未来会走进千家万户,而且它会自动对房间进行测试,然后调整自己的频率、振幅和相位,确保激光传输效率达到最高。 

  不过,他们同时也指出:虽然这项技术有这么多的优势,但距离现实应用还有着一段很长的距离。 

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