octubre 5, 2022

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Física: La trampa perfecta que no deja escapar la luz

En ciencia y tecnología, a menudo es necesario absorber la mayor cantidad de luz posible para obtener energía de ella o para examinar la luz incidente con la mayor precisión posible. Esto es relativamente fácil cuando se trata de objetos voluminosos, como los sistemas fotovoltaicos. Sin embargo, la absorción total de la luz se vuelve más compleja cuando se trata de películas delgadas y, por lo tanto, de materiales transparentes.

Usa la luz de manera eficiente

También puedes verlo en la vida diaria. Esteban Rother Explicado por el Instituto de Física Teórica de la Universidad Técnica (TU) de Viena. Un ejemplo de buena absorbencia es la ropa negra. Por otro lado, la retina absorbe menos luz. A medida que oscurece por la noche, la visibilidad también empeora, aunque todavía hay un poco de luz. Sin embargo, debido a que la retina es muy delgada y transparente, se pierde mucha luz entrante y no se puede usar de manera óptima.

Los animales nocturnos o los que cazan de noche tienen ventaja. Los gatos necesitan usar la poca luz que está presente de manera eficiente para poder verlos por la noche. “Los animales logran esto al tener una capa reflectante detrás de la retina. Esto significa que la luz se devuelve y la retina puede absorber el haz nuevamente”, explica Rutter a Science.ORF.at. Esta es también la razón por la que los ojos de los gatos brillan por la noche.

La naturaleza del modelo a seguir.

Rotter se ha ocupado de la absorción de la luz durante mucho tiempo y quería utilizar el enfoque felino para el uso óptimo de la luz en la ciencia y la tecnología. Junto al físico experimental uri katz De la Universidad Hebrea de Jerusalén, tuvo una idea para una trampa de luz que podría absorber perfectamente un rayo de luz incluso en capas delgadas, mucho mejor que los gatos. Rotter: “El haz de luz solo entra dos veces por la retina del ojo de gato, pero a nuestro modo el haz se refleja repetidamente e incide en el material hasta que se absorbe por completo”.

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Los cálculos teóricos de la “trampa de luz perfecta” vinieron de Viena y luego el equipo los realizó experimentalmente en Jerusalén. quien – cual resultado Los investigadores están reportando esto actualmente en la revista Science.

Calle de sentido único de la luz

La trampa consta de espejos y lentes perfectamente dispuestos, que permiten que un rayo de luz pase a través de un espejo parcialmente transparente hacia el interior, pero luego lo dirigen en un círculo durante tanto tiempo que eventualmente interfiere consigo mismo. El espejo parcialmente transparente inicialmente se vuelve completamente transparente para el rayo láser incidente.

El resultado, por así decirlo, es una calle de luz de sentido único. Si la trampa se ajusta con precisión a la longitud de onda del haz de luz, se evitará salir de la trampa nuevamente. “Entonces, la luz no tiene otra salida que ser absorbida por completo por el delgado material dentro de la trampa”, dice Rotter.

sistema poderoso

Además de una perfecta absorción, la trampa también tiene otras ventajas, como su durabilidad. “El sistema debe ajustarse exactamente a la longitud de onda que desea absorber”, dice Rotter. Pero aparte de eso, no hay especificaciones. El rayo láser no tiene que tener una forma específica. Y puede ser más grave en algunos lugares que en otros”.

Incluso la turbulencia del aire o las fluctuaciones de temperatura no pueden dañar el mecanismo, según han demostrado los investigadores en experimentos en Jerusalén. Como resultado, la trampa puede tener muchos usos.

Amplia gama de aplicaciones

Entre otras cosas, el mecanismo será muy adecuado para capturar incluso señales ópticas distorsionadas durante la transmisión a través de la atmósfera terrestre. La luz de fuentes de luz débiles, como estrellas distantes, también se puede alimentar de manera óptima al detector.

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La trampa de luz se acaba de probar en el laboratorio; puede pasar algún tiempo antes de que pueda usarse en la práctica. Por primera vez, pudimos construir una trampa que captura perfectamente la luz y nunca más la deja salir. Con la restricción de que la trampa hasta ahora solo ha operado a una frecuencia claramente definida”, dice Rotter. El método de Viena es ideal para esta frecuencia, pero aún no se puede utilizar para la luz solar, que no tiene una frecuencia bien definida. Así que a Rotter le gustaría mejorar la trampa para otras frecuencias de luz en estudios futuros.