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新系统基于方向滤清光波

时间：2021-09-29 14:24:57 来源：

在角度选择性样品（矩形区域）的该照片中，白光束通过透明玻璃透明。以不同的角度进入的红色梁反射，好像样品是镜子一样。另一条线是光束的反射。（将该设置浸入填充有光散射颗粒的液体中以使光线可见）。照片：魏寿徐和玉浩张

来自麻省理工学院的研究人员已经生产了一个系统，允许只有在从一种特定角度才能通过任何颜色。

光波可以由三个基本特征定义：它们的颜色（或波长），极化和方向。虽然已经可以根据其颜色或极化选择性地过滤光，但基于传播方向的选择性仍然难以捉摸。

但现在，首次，麻省理工学院研究人员已经生产了一个系统，允许任何颜色的光线仅在它来自一种特定角度时通过;该技术反映了来自其他方向的所有光线。这种新方法最终可能导致太阳能光伏，望远镜和显微镜的探测器的进步，以及用于显示屏的隐私滤波器。

这项工作是在本周在杂志上出现的论文中的描述，由MIT研究生Yichen Shen，物理MarinSoljačić教授和其他四个人撰写。“我们对此感到兴奋，”Soljačić说，“因为我们控制着光线的能力是一个非常基础的建筑块。”

该视频显示了实验设置的完整过程，样品旋转90度。

新结构由一堆超薄层的两个交替材料组成，其中每层的厚度精确地控制。“当你有两种材料时，一般在它们之间的界面上，你会有一些反射，”soljačić解释说。但是在这些界面上，“有这种魔法角度称为布鲁斯特角度，当你以那个角度恰好和适当的极化时，没有反射。”

虽然通过将许多具有相同性质的许多层组合，但大多数光可以反射 - 除了恰好的直角和偏振，不同的光。

沉说，使用大约80个交替层的堆叠，“我们能够在大多数角度反射光线，在非常宽的乐队[颜色的宽度]：整个可见的频率范围。”

以前的工作证明了除了一个精确角度之外的选择性地反射光的方法，但这些方法仅限于窄的光色调。该团队说，新系统的广度可以打开许多潜在的应用程序。

沉说：“这可能在能量方面具有很大的应用，特别是在太阳能蒸发器中，通过使用它来加热材料来加热太阳能，这反过来辐射特定颜色的光。然后可以使用调谐的光伏电池来利用发光，以最大限度地利用该光的光。但是对于这种工作方法，必须限制失去反射的热量和光线，并重新排放，因此选择性地控制这些反射的能力可以提高效率。

该发现还可以证明在光学系统（例如显微镜和望远镜）中有用，用于观察接近更亮对象的微弱物体 - 例如，明星旁边的微弱行星。通过使用仅从一定角度接收光的系统，这种设备可以具有改进的检测微弱目标的能力。过滤也可以应用于在电话或计算机上显示屏幕，因此只有从正面直接查看的那些都可以看到它们。

原则上，可以通过向堆栈添加更多层来使角度选择性更加窄。对于到目前为止所进行的实验，选择性角度约为10度;允许大约90％的光线进入该角度的光线。

虽然使用玻璃层和氧化钽的层进行了这些实验，但原则上原则上可以使用任何两种具有不同折射率的材料。

伦敦帝国学院教授John Pendry没有连接到这项研究，称这是一个“巧妙的应用”。

“在宏观规模上，这相当于观察世界通过一组百叶窗，允许…光从一个方向进入一个方向，”佩德里说。“然而，新设备无限更精细，在波长的长度尺度上操作。”

该团队还包括麻省理工学院研究科学家Ivan Celanovic;数学副教授史蒂文约翰逊; John Joannopoulos，Francis Wright Davis物理学教授;和中国浙江大学的德神叶。通过MIT S3TEC Energy Research Frontier中心，通过MIT的士兵纳米技术研究所和美国能源部的陆军研究办公室部分支持这项工作。

出版物：宜辰沉等，“光学宽带角度选择性”2014年3月28日科学：卷。 343号。 6178 PP 1499-1501; DOI：10.1126 / Science.1249799.

图像：魏寿徐和玉浩张

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