W nauce i technice często konieczne jest zaabsorbowanie jak największej ilości światła w celu uzyskania z niego energii lub jak najdokładniejsze zbadanie padającego światła. Jest to stosunkowo łatwe w przypadku dużych obiektów, takich jak systemy fotowoltaiczne. Jednak pełna absorpcja światła staje się bardziej skomplikowana w przypadku cienkich folii, a co za tym idzie materiałów przezroczystych.

Efektywnie wykorzystuj światło

Możesz to również zobaczyć w życiu codziennym Stephen Rother Wyjaśnione przez Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Technicznego (TU) w Wiedniu. Przykładem dobrej chłonności jest czarna odzież. Z drugiej strony ludzka siatkówka pochłania mniej światła. Gdy wieczorem robi się ciemniej, pogarsza się też widoczność – choć wciąż jest trochę światła. Jednak ponieważ siatkówka jest bardzo cienka i przezroczysta, wiele wpadającego światła jest tracone i nie można go optymalnie wykorzystać.

Przewagę mają zwierzęta nocne lub polujące w nocy. Koty muszą efektywnie wykorzystywać niewielką ilość światła, aby mogły je widzieć w nocy. „Zwierzęta radzą sobie z tym dzięki warstwie odblaskowej za siatkówką. Oznacza to, że światło jest wysyłane z powrotem, a siatkówka może ponownie pochłaniać wiązkę” – wyjaśnia Rutter w Science.ORF.at. Dlatego też oczy kotów świecą w nocy.

Charakter wzoru do naśladowania

Rotter od dawna zajmuje się pochłanianiem światła i chciał wykorzystać kocie podejście do optymalnego wykorzystania światła w nauce i technice. Razem z fizykiem doświadczalnym Uri Katz Z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie wpadł na pomysł na pułapkę świetlną, która mogłaby doskonale pochłaniać wiązkę światła nawet w cienkich warstwach – znacznie lepiej niż koty. Rotter: „Wiązka światła przechodzi przez siatkówkę kociego oka tylko dwa razy, ale na nasz sposób wiązka jest wielokrotnie odbijana i uderza w materiał, aż zostanie całkowicie pochłonięta”.

Teoretyczne obliczenia „idealnej pułapki świetlnej” przyszły z Wiednia, a zespół zrealizował je eksperymentalnie w Jerozolimie.

Jednokierunkowa ulica światła

Pułapka składa się ze zgrabnie ułożonych luster i soczewek, które przepuszczają promień światła przez częściowo przezroczyste lustro do wewnątrz, a następnie kierują go w kółko tak długo, że w końcu zaburza się sam. Częściowo przezroczyste lustro staje się początkowo całkowicie przezroczyste dla padającej wiązki laserowej.

Rezultatem jest, że tak powiem, jednokierunkowa ulica światła. Jeśli pułapka jest precyzyjnie dostrojona do długości fali wiązki światła, zapobiegnie ponownemu wydostaniu się z pułapki. „Tak więc światło nie ma innego wyjścia, jak tylko zostać całkowicie pochłonięte przez cienki materiał wewnątrz pułapki”, mówi Rotter.

potężny system

Oprócz doskonałej chłonności pułapka ma również inne zalety, takie jak trwałość. „System musi być dokładnie dostrojony do długości fali, którą chcesz pochłonąć”, mówi Rotter. Ale poza tym nie ma specyfikacji. Wiązka lasera nie musi mieć określonego kształtu. A w niektórych miejscach może być bardziej dotkliwy niż w innych”.

Nawet turbulencje powietrza czy wahania temperatury nie mogą zaszkodzić mechanizmowi, jak wykazali naukowcy w eksperymentach w Jerozolimie. W rezultacie pułapka może mieć wiele zastosowań.

Szeroki zakres zastosowań

Między innymi mechanizm będzie dobrze przystosowany do przechwytywania nawet zniekształconych sygnałów optycznych podczas transmisji przez ziemską atmosferę. Światło ze słabych źródeł światła, takich jak odległe gwiazdy, może być również optymalnie doprowadzane do detektora.

Pułapka świetlna została właśnie przetestowana w laboratorium – może minąć trochę czasu, zanim będzie można ją zastosować w praktyce. Po raz pierwszy udało nam się zbudować pułapkę, która doskonale wychwytuje światło i już nigdy go nie przepuszcza. Z ograniczeniem, że pułapka do tej pory działała tylko z wyraźnie określoną częstotliwością” – mówi Rotter. Metoda z Wiednia jest idealna dla tej częstotliwości, ale nie nadaje się jeszcze do wykorzystania w przypadku innego światła. Dlatego Rotter chce ulepszyć pułapkę dla innych częstotliwości światła w przyszłych badaniach.