@ 2019.03.11 , 10:00

科学家开始探索反激光器概念

近年来,科学家们开始探索反激光器的概念——这种仪器可以完美地吸收特定波长的电磁波,而不是像激光器一样发出波长分布极窄的脉冲。

现在研究人员将当前的研究成果公之于世,构建了反激光器的蓝图——它比我们以前见过的任何东西都要复杂。

它不仅仅是一种反激光器,还是一种“随机反激光器”:能够吸收随机散射到各个方向的光波。这种能力可能具有各种潜在用途,从手机天线到医疗设备——凡是需要接收电磁波的地方,就能用得到。

反激光可能听起来很高大上,但它的基本思想实际上已经写到了名字里。据研究人员称,你可以把它想象成反向发生的激光——被吸收而不是被辐射出。

“到目前为止,反激光只能在一维结构中实现,激光从两侧射入。”奥地利维也纳技术大学的Stefan Rotter说道,“我们的方法更具通用性:我们能够证明,即使是在二维或三维的任意复杂结构中,它也能完美地吸收特定波长的电磁波。这种新颖的概念拥有更为广泛的应用前景。 ”

正是这种多功能性和灵活性使新型反激光器与之前设计区别开来。该团队进行了一系列计算和计算机模拟,推断出新型反激光器的工作原理,然后开始实物测试。

反激光过程的关键步骤是找到输入信号的波前(波阵面),以便完美地吸收它们。然后,它就能吸收通过各种无法预测途径到达的波——从多个源反射的散射信号。

“我们被各种复杂方式散射的电磁波所环绕——想想手机信号在到达你的手机之前会反射几次。”Rotter说,“这种多次散射在所谓的随机激光器中得到了实际应用。反激光器基于无序介质,具有随机内部结构,可以捕获光线,并在提供能量时发出非常复杂的系统特定激光场。”

在建造反激光器时,科学家们安装了一系列随机放置的特氟龙圆柱体,并发送微波信号通过它们散射出去——有点像岩石在溪水中使水波偏转。研究人员千方百计使信号吸收率达到了惊人的99.8%。

然而,这一壮举仅出现在严格控制的情况下——团队首先需要测量出波反射过程,然后以精细调节中央天线以吸收它们。同时,必须仔细校准信号频率和吸收强度。

虽然只经过第一场实验,但它前途一片光明,该项目背后的理论物理学表明,它可以适应一系列其他信号类型和应用场景。研究人员写道,它可能适用于“需要完美聚焦、路由或吸收波”的任何场景。

“想象一下,如你可以用正确的方式调整手机信号,这样手机的天线就可以完全吸收信号,”Rotter说,“同样在医学上,我们经常需要将能量传递到一个非常具体的对象上——如震动波击碎肾结石。”

反激光治疗对我们来说是非常酷的概念。

该研究发表在《自然》杂志上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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