Энергию можно улавливать в виде электрического заряда и тепла, но до сих пор было невозможно поглотить ее в виде света. Во всяком случае, традиционными методами. «Хайтек» рассказывает об инновационной разработке ученых.
Группа исследователей из Еврейского университета Иерусалима и Венского технологического университета (TU Wien) что разработала идеальную установку для улавливания света.
Как поглощать световую энергию?
Это не первый случай, когда ученые придумали, как поглощать световую энергию. Но новый метод «световой ловушки», который разработали ученые, единственный, с помощью которого световая энергия может поглощаться даже очень тонкими и слабыми средами.
В ходе нового эксперимента ученые показали, как реализовать этот процесс очень эффективно. Например, ученые продемонстрировали, что лазерный свет любой формы может полностью поглощаться даже очень «слабой» средой. Например, тонкой пленкой или слабо загрязненным куском стекла, объясняют ученые в интервью Interesting Engineering.
Теперь исследователи строят тщательно спроектированную полость вокруг поглощающей среды, которая не пропускает свет. Он попадает в полость, где проходит через такую среду несколько раз, пока полностью не поглощается и от него ничего не остается.
Зачем нужна световая ловушка?
Улавливать световую энергию очень важно, но сложно. А эффективно хранить ее еще сложнее. Именно поэтому ученые пытаются преобразовывать ее в другие формы энергии. «От поглощения растениями до обнаружения света в камере мобильного телефона энергия, переносимая световыми волнами или фотонами, необходимо преобразовать в другие формы, чтобы ее можно было использовать», — объясняют ученые.
Например, свет, который пользователь видит на дисплее смартфона, сначала сохраняется в виде химической энергии в аккумуляторе. Печатная плата внутри телефона позволяет ему преобразовываться в электрическую энергию, и, наконец, она становится светом, который заставляет экран светиться.
Прямое поглощение света может значительно улучшить как конструкцию, так и технологию устройств, которые люди используют ежедневно. Исследователи считают, что улавливание света лежит в основе многих важных процессов в науке, технике и природе. Потенциал этого процесса пригодится, чтобы повысить производительность спектрально-селективных детекторов (они поглощают световые лучи разных частот) и устройств будущего, которые питаются от света.
Как работает «идеальная световая ловушка»?
Исследователи разработали полость, в которой множество зеркал и линз окружают тонкую светопоглощающую среду. Они расположили зеркала и линзы таким образом (как показано на рисунке ниже), что когда световой луч входит в полость, он начинает двигаться по кругу. В конце концов, у светового луча не остается другого выбора, кроме как поглотиться тонкой средой.
Помимо поглощающей среды, это светоулавливающее устройство оснащено частично прозрачным зеркалом, отражающим зеркалом и двумя выпуклыми линзами. По словам исследователей, первое зеркало остается частично прозрачным, чтобы свет мог проникать в полость. Однако также он может выйти
Чтобы предотвратить это, ученые использовали интерференцию волн. Напоним, это взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Оно сопровождается чередованием максимумов и минимумов интенсивности в пространстве. Результат интерференции зависит от разности фаз накладывающихся волн.
В итоге, когда лазерный луч падает на частично прозрачное зеркало, он разделяется на две части. После попадания в линзы, поглощающую среду и отражающее зеркало, лучи накладываются друг на друга. Весь световой пучок блокируется в таком положении. Он не может «сбежать» и его поглощает тонкая среда.
Что в итоге?
Исследователи утверждают, что техника настолько совершенна, что на нее не влияют даже частые перепады температуры или давления воздуха.
Примечательно, что устройство работает только на одной частоте входящего света. Пока ученые работают над расширением до более широкополосного дизайна.