Antilaser vil være verdens bedste lysdetektor

Forskere i USA har vist, hvordan man så at sige kan vende en laser på hovedet og opnå en fuldstændig perfekt absorption af indkommende lys.

Udover at det i princippet kan føre til en mere effektiv måde at omdanne sollys til elektrisk energi end i dagens solceller, kan det også føre til mere effektive modtagere i optiske kommunikationssystemer.

»En detektor, der effektivt kan detektere koherænt lys ved hjælp af perfekt absorption i et støjfyldt miljø, vil være yderst nyttig,« skriver laserspecialisten Claire Gmachl fra Princeton University i en kommentar til den anti-laser, som Yidong Chong, Li Ge, Hui Cao og Douglas Stone fra Yale University i USA har beskrevet i en artikel i Physical Review Letters.

laserstråle, metal, metalindustri, laser, industri, pladearbejde. (foto: Marie Brogaard) Illustration: Marie Brogaard

Mere præcist kalder Chong og Co. den nye komponent for en CPA eller en Coherent Perfect Absorber. Clair Gmachl forklarer, at den er et nyt og overraskende raffinement på laseren, som netop i år fejrer sin 50 års fødselsdag.

Sådan virker anti-laseren

Man kommer nærmest en forklaring på antilaserens virkemåde ved at sammenligne den med en laser.

En laser består af et optisk materiale, der kan forstærke lys, som er placeret mellem to delvist reflekterende spejle, hvorfra laserstrålen kan udsendes.

En CPA består af et absorberende materiale mellem to spejle. Det er samspillet mellem absorption og interferens, der er nøglen til CPA'ens virkemåde.

For lasere gælder det, at jo mere lys, der bliver reflekteret inde i resonatoren, jo mindre forstærkning kræves det af det optiske medium - man taler om resonatorer med en høj Q-faktor.

På samme måde kræves der kun et svagt absorberende materiale i en resonator med en høj Q-faktor for at opnå en perfekt absorption. Forskere fra Yale viser i deres artikel, at selv en kombination af silicium og siliciumdioxod kan bruges som absorber.

Den absorberede energi bliver omsat til varme eller eventuelt til mere nyttig elektrisk energi, hvis CPA'en på passende vis indgår i et større system.

En laser udvælger helt naturligt af sig selv frekvens (eller bølgelængde) og fase for det lys, som den udsender. For en CPA kræver det en form for tuning at opnå perfekt absorption (se figuren). Selv om figuren viser situationen for to indkommende lyssignaler, kan der også opnås perfekt absorption i tilfældet med kun et indkommende lyssignal - ved at tune resonatoren til den rigtige frekvens.

I modsætning til andre absorptionsmaterialer, som designes med henblik på ikke-koherænt lys eller bredspektret lys, så sigter CPA'en mod anvendelser inden for koherænt lys, som eksempelvis laserlys.

Den vil med fordel kunne anvendelse inden for bl.a. infrarød laserspektroskopi, hvor signalet kan være begravet dybt i støj fra termisk baggrundsstråling.

I første omgang har Chong dog kun vist vejen til en CPA. Det næste skridt bliver at lave en CPA i praksis. Forskerne mener selv, at det vil lettest i en bølgelederstruktur, hvor det er lettest at kontrollere amplituderne af de forskellige bølgetyper (modes).

Dokumentation

Coherent Perfect Absorbers: Time-Reversed Lasers (Phys. Rev. Lett.)

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hrmmm..... sollys er sortlegemestråling dvs. der er uendeligt mange bølgelængder. Som jeg ser CPA'en er den baseret på en resonator hvorfor den kun vil kunne absorbere meget få bølgelængder. Anvendelsen netop som effektiv omdanner af solenergi må derfor være meget, meget begrænset.

  • 0
  • 0

Ja, solenergi lyder ikke som nogen oplagt application. Men absorption af laserlys med høj effektivitet kunne da være nyttigt til "trådløs strøm". Man kunne forstille sig det til satelitter eller andre ting der er "langt væk".

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten