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原创丨彤心未泯（学研汇 技术中心）
编辑丨风云
2019 年，麻省理工学院的研究人员创造了迄今为止“最黑”的材料，该材料能够吸收 99.995%的入射光。实现最大限度地光吸收可以推动许多技术的发展——例如，在光伏领域，需要吸收尽可能多的光并将其转化为电能；在光传感器的内表面，需要尽量减少不需要的杂散光。虽然有很多方法可以创造出可以吸收一些光的物质，但接近100%的吸收是一项巨大的挑战。
有鉴于此，耶路撒冷希伯来大学Slobodkin等人报告了一种在“相干完美吸收”的基础上可以吸收光的设计原理，理论上可以吸收100%入射到器件上的光。作者设计了一个可以通过使用“退化”光腔来捕获所有模式的光的系统。作者的这个简单的设计在外面用了两个镜子，在里面用了两个透镜。光线被困在镜子之间，而镜片的增加有助于引导光线在每次反射后总是击中镜子上的同一点，使系统退化。因此，任何被困在两个镜子和两个透镜之间的光都会在腔内循环，并在每次反射时被吸收。总之，作者演示了如何通过时间反转简并腔激光器来实现光的全吸收。将一个弱的、临界耦合的吸收器放入这个腔中，任何入射波前，甚至是一个复杂的、动态变化的散斑图案，都可以在大规模并行干涉过程中以接近完美的效率被吸收。这些特性为光收集、能量传递、光控制和成像的应用开辟了新的可能性。
图 放大吸收示意图
“大规模退化CPA”（MAD-CPA）概念
为了实现一种可以普遍吸收任意复杂空间模式的CPA，必须确保所有谐振腔反射与前腔镜处的非谐振反射相一致并相消干涉。这种情况在简并腔设计中得以实现，构成了简并腔激光器的基础，因其独特的激光特性而被广泛研究。重要的是，腔体光学器件支持的任何模式都可以保持自成像——无论是任何角度的平面波，还是具有复杂波前的高度复杂模式，甚至是空间非相干场。
图 用于任意波前的大规模退化相干完美吸收体(MAD-CPA)的概念
MAD-CPA的实现和表征
MAD-CPA实验实现的中心部分是由基于透镜的望远镜组成的简并线性腔，它放置在长度为4f的腔内（f是每个透镜的焦距）。这个谐振腔的特点是前面有一个部分反射镜，后面有一个近乎完美的反射镜。一个弱吸收器由一个单程透射率为85.2%的薄彩色玻璃组成，放置在前腔镜旁边。通过使用连接到后腔镜的压电平移台调整腔长度以与激光波长谐振，同时满足所有输入模式的CPA条件。MAD-CPA 中吸收的相干性质允许快速控制，包括通过简单调整腔长将吸收强抑制到远低于吸收器单程吸收的值。作者通过注入高度复杂的输入场证实了MAD-CPA设置的多功能性。
图 MAD-CPA设置和实验结果
MAD-CPA设计的灵活性
作者证实了MAD-CPA的吸收动态、快速变化的复杂随机光场的能力，这些光场是通过柔性多模光纤(MMF)和动态大气像差的传输自然产生的。在所有情况下，无论输入复杂性或时间动态如何，在CPA条件下都可以实现类似的近乎完美的吸收值。
图 快速变化的复杂场的相干完美吸收
参考文献：
JACOPO BERTOLOTTI, et al. Absorbing light using time-reversed lasers Science，2022，
377（6609）：924-925.
DOI: 10.1126/science.add3039
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add3039
