Fizikantët zhvillojnë një kurth të përsosur të dritës

Qoftë në fotosintezë apo në një sistem fotovoltaik: nëse doni të përdorni dritën në mënyrë efikase, duhet ta përthithni atë sa më plotësisht të jetë e mundur. Megjithatë, kjo është e vështirë nëse thithja do të bëhet në një shtresë të hollë materiali që normalisht lejon që një pjesë e madhe e dritës të kalojë.

Tani, ekipet kërkimore nga TU Wien dhe nga Universiteti Hebraik i Jerusalemit kanë gjetur një truk befasues që lejon që një rreze drite të absorbohet plotësisht edhe në shtresat më të holla: Ata ndërtuan një “kurth drite” rreth shtresës së hollë duke përdorur pasqyra dhe thjerrëzat, në të cilat rrezja e dritës drejtohet në një rreth dhe më pas mbivendoset mbi vetveten – pikërisht në atë mënyrë që rrezja e dritës bllokohet dhe nuk mund të largohet më nga sistemi. Kështu, drita nuk ka zgjidhje tjetër veçse të përthithet nga shtresa e hollë – nuk ka rrugëdalje tjetër.

Kjo metodë e përthithjes-amplifikimit, e cila tani është paraqitur në revistën shkencore Science, është rezultat i një bashkëpunimi të frytshëm midis dy ekipeve: qasja u sugjerua nga Prof. Ori Katz nga Universiteti Hebraik i Jerusalemit dhe u konceptua me Prof. Stefan Rotter nga TU Wien; Eksperimenti u krye nga ekipi laboratorik në Jerusalem dhe llogaritjet teorike erdhën nga ekipi në Vjenë.

“Të thithësh dritën është e lehtë kur godet një objekt të fortë,” thotë Prof. Stefan Rotter nga Instituti i Fizikës Teorike në TU Wien. “Një kërcyes i trashë leshi i zi mund të thithë lehtësisht dritën. Por në shumë aplikime teknike, ju keni në dispozicion vetëm një shtresë të hollë materiali dhe dëshironi që drita të përthithet pikërisht në këtë shtresë.”

Tashmë ka pasur përpjekje për të përmirësuar thithjen e materialeve: Për shembull, materiali mund të vendoset midis dy pasqyrave. Drita reflektohet mbrapa dhe mbrapa midis dy pasqyrave, duke kaluar nëpër material çdo herë dhe duke pasur kështu një shans më të madh për t’u zhytur. Megjithatë, për këtë qëllim, pasqyrat nuk duhet të jenë të përsosura – njëra prej tyre duhet të jetë pjesërisht transparente, përndryshe drita nuk mund të depërtojë fare në zonën midis dy pasqyrave. Por kjo do të thotë gjithashtu se sa herë që drita godet këtë pasqyrë pjesërisht transparente, një pjesë e dritës humbet.

Për të parandaluar këtë, është e mundur të përdoren vetitë valore të dritës në një mënyrë të sofistikuar. “Në qasjen tonë, ne jemi në gjendje të anulojmë të gjitha reflektimet e pasme me anë të ndërhyrjes së valës,” thotë Prof. Ori Katz nga Universiteti Hebraik i Jerusalemit. Helmut Hörner, nga TU Wien, i cili ia kushtoi tezën e tij kësaj teme, shpjegon: “Në metodën tonë, gjithashtu, drita së pari bie mbi një pasqyrë pjesërisht transparente. Nëse thjesht dërgoni një rreze lazer në këtë pasqyrë, ajo ndahet në dysh. pjesët: Pjesa më e madhe reflektohet, një pjesë më e vogël depërton në pasqyrë.”

Kjo pjesë e rrezes së dritës që depërton në pasqyrë tani dërgohet përmes shtresës së materialit thithës dhe më pas kthehet në pasqyrën pjesërisht transparente me thjerrëza dhe një pasqyrë tjetër. “Gjëja kryesore është që gjatësia e kësaj rruge dhe pozicioni i elementeve optike të rregullohen në atë mënyrë që rrezja e dritës që kthehet (dhe reflektimet e saj të shumta midis pasqyrave) ta anulojë saktësisht rrezen e dritës të reflektuar drejtpërdrejt në pasqyrën e parë. “, thonë Yevgeny Slobodkin dhe Gil Weinberg, studentët e diplomuar që ndërtuan sistemin në Jerusalem.

Dy rrezet e pjesshme mbivendosen në një mënyrë të tillë që drita bllokohet, si të thuash: megjithëse vetëm pasqyra pjesërisht transparente do të reflektonte një pjesë të madhe të dritës, ky reflektim bëhet i pamundur nga pjesa tjetër e rrezes që udhëton nëpër sistemi përpara se të ktheheni në pasqyrën pjesërisht transparente.

Prandaj, pasqyra, e cila dikur ishte pjesërisht transparente, tani bëhet plotësisht transparente për rrezen lazer të incidentit. Kjo krijon një rrugë njëkahëshe për dritën: rrezja e dritës mund të hyjë në sistem, por më pas nuk mund të shpëtojë më për shkak të mbivendosjes së pjesës së reflektuar dhe pjesës së drejtuar nëpër sistem në një rreth. Pra, drita nuk ka zgjidhje tjetër veçse të absorbohet – e gjithë rreze lazer gëlltitet nga një shtresë e hollë që përndryshe do të lejonte pjesën më të madhe të rrezes të kalonte.

“Sistemi duhet të akordohet saktësisht me gjatësinë e valës që dëshironi të thithni,” thotë Stefan Rotter. “Por përveç kësaj, nuk ka kërkesa kufizuese. Rrezja e lazerit nuk duhet të ketë një formë specifike, ajo mund të jetë më intensive në disa vende sesa në të tjera – gjithmonë arrihet një përthithje e përsosur.”

As turbulencat e ajrit dhe luhatjet e temperaturës nuk mund të dëmtojnë mekanizmin, siç u tregua në eksperimentet e kryera në Universitetin Hebraik në Jerusalem. Kjo dëshmon se është një efekt i fuqishëm që premton një gamë të gjerë aplikimesh – për shembull, mekanizmi i paraqitur madje mund të jetë i përshtatshëm për të kapur në mënyrë të përsosur sinjalet e dritës që shtrembërohen gjatë transmetimit përmes atmosferës së Tokës. Qasja e re mund të jetë gjithashtu një përdorim praktik i madh për të ushqyer në mënyrë optimale valët e dritës nga burime të dobëta drite (të tilla si yjet e largët) në një detektor.