Как физики добились поглощения света прозрачными материалами
Группа ученых-физиков из трех стран: России, Швеции, США предоставила широкой публике уникальный эксперимент. Ученые смогли добиться виртуального эффекта поглощения света с использованием материала, который не обладает поглотительным свойством. Находка авторов пока находится на теоретической стадии, в своем практическом применении она позволит создать элементы памяти для световой энергии. Данные о проведенном исследовании зафиксированы в журнале Optica.
Схематичное изображение процесса виртуального поглощения: слой прозрачного материала освещается с двух сторон пучками света с нарастающей во времени интенсивностью.
Главным электромагнитным эффектом является поглощение электромагнитного излучения и света. В результате подобного процесса происходит преобразование электромагнитной энергии в тепловую, а также в прочие виды энергии, этот процесс осуществляется внутри материала, обладающего непрозрачным свойством. К примеру, уголь имеет черную окраску потому, что световая энергия, падающая на него, почти полностью поглощается и не выпускается наружу. Вещества, не поглощающие свет, имеют прозрачную структуру. Такими элементами являются стекло и кварц, они не аккумулируют световую энергию.
В ходе опытов физикам удалось пошатнуть интуитивное представление о поглощающих свойствах материалов. Они сумели показать, что прозрачные вещества при создании определенных условий тоже могут аккумулировать световую энергию. Для того чтобы избежать запрета на поглотительную функцию, ученые применили математические свойства матрицы. Суть этой функции заключается в следующем: при направлении на систему светового потока постоянной интенсивности, происходит его рассеивание, поскольку она его не поглощает. Такое свойство именуется унитарностью. Но, как выяснилось, что если интенсивность потока изменять, то унитарность на некоторый отрезок времени нарушится. А если наращивать интенсивность световой энергии, энергия будет скапливаться внутри прозрачного вещества и не выходить наружу.
Эффект виртуального поглощения в тонком слое прозрачного материала. Пунктирная линия показывает амплитуду падающей на слой волны в зависимости от времени, сплошная линия — амплитуду рассеянного сигнала, включающего в себя отраженную и прошедшую волны. До момента времени t = 0 рассеянный сигнал отсутствует, указывая на то, что вся энергия падающей волны идеально «запирается» в слое прозрачного материала.
Для того чтобы опытным путем показать эффект поглощения, физики использовали тонкий слой диэлектрика, произвели расчет требуемого уровня интенсивности светового потока. В ходе своей работы ученые выяснили, что если нарастание света происходит экспоненциальным способом, то поглощающего и отражающего эффекта от данного слоя не будет. Получается, что при том, что слой выглядит поглощающим, на деле фактического поглощения не происходит. Но как только нарастание амплитуды светового потока прекратиться, энергия, которая заключается внутри слоя, начнет постепенно выходить. Снаружи этот процесс будет выражен, как идеально поглощающий эффект. Всё это позволили выяснить современные лабораторные технологии, к ним также относится продукция Poleko суховоздушные термостаты.
Достижение ученых позволяет взглянуть на поведение света при контакте с прозрачными веществами под другим углом. Эта разработка будет применяться на практике, с ее помощью можно добиваться интересных результатов. Накопляющая функция световой энергии может быть задействована в разработке прибора оптической памяти. Устройство сможет хранить энергию, не выпуская ее на протяжении нужного отрезка времени, а при необходимости освобождаться от нее.
