激光是完美的光源：只要它具有能量，它就會(huì)產(chǎn)生特定的，明確定義的顏色的光。然而，也可以創(chuàng)造相反的東西 - 一個(gè)完全吸收特定顏色的光并幾乎完全消散能量的物體。

在TU Wien(維也納)，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種方法來利用這種效果，即使在非常復(fù)雜的系統(tǒng)中，其中光波在所有方向上隨機(jī)散射。該方法是在維也納借助計(jì)算機(jī)模擬開發(fā)的，并通過與尼斯大學(xué)合作的實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。這為與波浪現(xiàn)象有關(guān)的所有技術(shù)學(xué)科開辟了新的可能性。這種新方法現(xiàn)已發(fā)表在“ 自然 ”雜志上。

吸收波浪的隨機(jī)結(jié)構(gòu)

“我們每天都在處理以復(fù)雜方式散布的波浪 - 想想手機(jī)信號(hào)在到達(dá)手機(jī)之前多次反映出來，”TU理論物理研究所的Stefan Rotter教授說。維也納。“所謂的隨機(jī)激光器利用這種多次散射。這種奇異的激光器具有復(fù)雜，隨機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并在提供能量時(shí)輻射出非常特定的單獨(dú)光照模式。”

通過數(shù)學(xué)計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬，Rotter的團(tuán)隊(duì)可以證明這個(gè)過程也可以及時(shí)逆轉(zhuǎn)。取而代之的是根據(jù)其隨機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)射特定波的光源，也可以構(gòu)建完美的吸收體，根據(jù)其特有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全消散一種特定類型的波，而不會(huì)讓它的任何部分逃逸。這可以想象為制作普通激光的電影發(fā)出激光并反向播放。

“由于這種時(shí)間反轉(zhuǎn)類比激光，這種類型的吸收器被稱為反激光，”Stefan Rotter說。“到目前為止，這種反激光器只能在一維結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，這些結(jié)構(gòu)受到來自相對(duì)側(cè)的激光的照射。我們的方法更加通用。我們能夠證明即使是二維或三維的任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以完美地吸收特別定制的波浪。這樣，這個(gè)概念可以用于廣泛的應(yīng)用。“

完美的吸波器

研究項(xiàng)目的主要成果：對(duì)于每一個(gè)足夠強(qiáng)烈地吸收波浪的物體，可以找到某種波形，這種波形被這個(gè)物體完全吸收。“然而，想象吸收器必須足夠強(qiáng)大以便它能夠吞下每一個(gè)入射波都是錯(cuò)誤的，”Stefan Rotter說。“相反，存在一個(gè)復(fù)雜的散射過程，其中入射波分裂成許多部分波，然后這些部分波重疊并相互干擾，使得末端沒有任何部分波能夠射出。” 抗激光器中的弱吸收器就足夠了 - 例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的天線吸收電磁波的能量。

為了測(cè)試他們的計(jì)算，該團(tuán)隊(duì)與尼斯大學(xué)合作。Kevin Pichler是Nature出版物的第一作者，他目前正在Stefan Rotter團(tuán)隊(duì)撰寫論文，他在尼斯大學(xué)的Ulrich Kuhl教授花了幾周的時(shí)間，用微波實(shí)驗(yàn)將理論付諸實(shí)踐。“實(shí)際上，理論家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有點(diǎn)不尋常，”Kevin Pichler說。“但對(duì)我來說，能夠從理論概念到實(shí)驗(yàn)室實(shí)施這個(gè)項(xiàng)目的各個(gè)方面都是特別令人興奮的。”

實(shí)驗(yàn)室制造的“隨機(jī)反激光”包括一個(gè)帶有中央吸收天線的微波室，周圍是隨機(jī)排列的特氟龍圓柱體。類似于一灘水中的石頭，水波被偏轉(zhuǎn)和反射，這些圓柱可以散射微波并產(chǎn)生復(fù)雜的波浪圖案。“首先，我們通過系統(tǒng)從外部發(fā)送微波，并測(cè)量它們究竟是如何回歸的，”Kevin Pichler解釋道。“了解這一點(diǎn)，可以充分表征隨機(jī)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然后就可以計(jì)算出中心天線在正確的吸收強(qiáng)度下完全吞噬的波浪。實(shí)際上，在實(shí)驗(yàn)中實(shí)施該協(xié)議時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)吸收大約99.8%的事件信號(hào)。“

反激光技術(shù)仍處于早期階段，但很容易想到潛在的應(yīng)用。“想象一下，例如，你可以用正確的方式調(diào)整手機(jī)信號(hào)，這樣手機(jī)的天線就可以完全吸收它，”Stefan Rotter說。“同樣在醫(yī)學(xué)上，我們經(jīng)常處理將波浪能量運(yùn)送到非常特殊的地方的任務(wù) - 例如撞擊腎結(jié)石的沖擊波。”