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在光合作用和光伏等系统中，充分地吸收、利用入射光是一个关键点。而面对透射率较高的薄层时，如何实现高效光捕获是十分困难的。近日，维也纳工业大学和耶路撒冷希伯来大学的研究团队提出了一种即使在最薄的层中也能完全吸收光束的方法。具体地，他们使用反射镜在薄层材料周围建立了一个“光陷阱”。光束在传播时形成一个圆圈，然后再次与自身叠加，从而无法逃逸离开系统。因此，只能被薄层吸收，提高了系统的吸光度。相关研究成果已发表于Science。耶路撒冷的实验室团队进行实验部分，维也纳的团队负责理论计算部分。
光捕获装置示意图
维也纳工业大学理论物理研究所的 研究人员表示：有一定厚度的固体是很容易吸收光线的。但目前，在更多的技术应用中，往往希望只有一层薄薄的材料，并希望其完全吸收光线。
一些尝试改善材料的吸收性的方法包括，例如，可以将材料放置在两个镜子之间。利用光线在两个镜子之间来回反射，多次穿过材料，提高吸收。然而，由于反射镜并非完美反射的。其中一个反射镜具有一定透射率的，否则光线无法进入光路。这就意味着，每次光线照射到这面部分反射镜上时，就会损失一部分能量。
为了解决上述问题，本研究利用了光的波动特性，通过波干涉消除所有背向反射。在新方法中，光线同样首先落在一面部分透明的镜子上，并被分成两部分，较大能量被反射，较小能量穿过镜子。
穿透光束通过吸收材料层，然后经过透镜和反射镜再次返回到部分反射镜。整个光路的关键是调整光程的长度和光学元件的位置，使返回的光束（以及它在镜子之间的多次反射）准确地与直接在第一个镜子上反射回的光束相低消。可以说两部分光束通过相干叠加，实现了对自身的阻挡。即单独使用部分反射镜实际上会反射大量入射光，但由于光束被返回部分反射镜的光束阻挡，这种反射是不可能的。因此，部分反射镜实现了入射激光束完全透明的功能。这就为入射光创造了一条单向的通道：光束可以进入系统，但由于反射部分和通过系统的部分的叠加，使得光无法逃逸。所以光只能被吸收，从而整个激光束被薄层完全吸收。
系统的唯一的限制是，需要精确地根据目标吸收波长。除此之外，激光束不必具有特定的形状，也不需要具有均匀的光强分布，其经过光路后总是可以实现几乎完美的吸收。
根据实验结果，空气湍流和温度波动不会损害该机制。 这证明了其是一种强大稳定的效应，并因此有望得到广泛的应用。例如，本研究提出的概念非常适合捕捉在地球大气层传输过程中失真的光信号。 这种新方法对来自弱光源（例如遥远的恒星）的光波最佳地馈送到探测器也有很大的实际用途。
