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如果你想有效地利用光那么你必須盡可能地完全吸收它。在光合作用和光伏系統(tǒng)中都是如此。然而如果吸收是在通常讓大部分光線通過的薄層材料中進行，這就是一件非常困難的事情了。

現(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個可以使一束光甚至在最薄的層中都能被完全吸收的技巧。他們利用鏡子和透鏡在薄層周圍建造了一個“光陷阱”，在這個陷阱中，光束被引導成一個圓圈，然后疊加在自己身上--恰恰是以這樣一種方式，光束阻擋了自己，無法再離開這個系統(tǒng)。因此，光沒有其他選擇，只能被薄層吸收--沒有其他出路。

來自維也納工業(yè)大學和耶路撒冷希伯來大學的研究小組將在《科學》上介紹了這種吸收-放大方法。這是兩個團隊之間富有成效的合作的結(jié)果。該方法由耶路撒冷希伯來大學的Ori Katz教授提出并跟維也納理工大學的Stefan Rotter教授共同構(gòu)思。實驗是由耶路撒冷的實驗室團隊進行，理論計算則來自維也納的團隊。


薄層對光是透明的

來自維也納工業(yè)大學理論物理研究所的Stefan Fotter教授說道：“當光照射到固體物體上時，吸收光很容易。一件厚厚的黑色羊毛衫可以輕易地吸收光線。但在許多技術(shù)應用中，你只有一層薄薄的材料可用，你希望光正好在這層中被吸收。”

已經(jīng)有人嘗試改善材料的吸收能力。如可以將材料放在兩面鏡子之間。光線在兩面鏡子之間來回反射，每次都會穿過材料，因此有更大的機會被吸收。然而為了這個目的，鏡子必須不是完美的--其中一面必須是部分透明的，否則，光根本無法穿透兩面鏡子之間的區(qū)域。但這也意味著，每當光線照射到這個部分透明的鏡子時，一些光線就會丟失。

光阻擋了自己

有可能以一種復雜的方式利用光的波的特性來防止這種情況的情況。耶路撒冷希伯來大學的Ori Katz教授表示：“在我們的方法中，我們能夠通過波的干涉來取消所有的反向反射。”來自維也納科技大學的Helmut Hörner指出：“在我們的方法中，光線也首先落在一個部分透明的鏡子上。如果你簡單地將一束激光發(fā)送到這面鏡子上，那么它就會被分成兩部分。大的部分被反射，小的部分穿透鏡子。”

穿透鏡子的這部分光束現(xiàn)在被送過吸收材料層，然后用透鏡和另一面鏡子返回到部分透明的鏡子上。“最關(guān)鍵的是，這條路徑的長度和光學元件的位置是以這樣一種方式調(diào)整的，即返回的光束（及其在鏡子之間的多次反射）正好抵消了直接在第一面鏡子上反射的光束，”在耶路撒冷建造該系統(tǒng)的研究生Yevgeny Slobodkin和Gil Weinberg說道。

這兩道部分光束以這樣一種方式重疊，可以說是光阻擋了自己。盡管單獨的部分透明鏡實際上會反射很大一部分光線，但由于另一部分光束在返回部分透明鏡之前穿過該系統(tǒng)，這種反射就變得不可能了。

因此，過去部分透明的鏡子現(xiàn)在對入射的激光束來說變得完全透明。這實質(zhì)上為光創(chuàng)造了一條單行道：光束可以進入系統(tǒng)，但由于反射部分和被引導通過系統(tǒng)的部分的疊加，它不能再逃脫。因此，光除了被吸收之外別無選擇--整個激光束被一個薄層吞沒，否則大部分光束就可以通過。

一個強大的現(xiàn)象

Stefan Rotter說道：“”系統(tǒng)必須精確地調(diào)諧到你想要吸收的波長。但除此之外，沒有任何限制性要求。激光束不必有特定的形狀，它可以在某些地方比其他地方更強烈--幾乎完美的吸收總是可以實現(xiàn)。”

正如在耶路撒冷希伯來大學進行的實驗中所證明的那樣，甚至空氣湍流和溫度波動也不會損害該機制。這證明了它是一種強大的效應，從而有望得到廣泛的應用--比如所提出的機制甚至可以很好地用于完美地捕捉在通過地球大氣層傳輸時被扭曲的光信號。這種新方法還可以有很大的實際用途，可以將弱光源如遙遠的恒星的光波最佳地送入探測器。

原標題：科學家建造“光陷阱”：能在光合作用和光伏發(fā)電中完美吸收光線