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原創丨彤心未泯（學研匯 技術中心）
編輯丨風云
2019 年，麻省理工學院的研究人員創造了迄今為止“最黑”的材料，該材料能夠吸收 99.995%的入射光。實現最大限度地光吸收可以推動許多技術的發展——例如，在光伏領域，需要吸收盡可能多的光并將其轉化為電能；在光傳感器的內表面，需要盡量減少不需要的雜散光。雖然有很多方法可以創造出可以吸收一些光的物質，但接近100%的吸收是一項巨大的挑戰。
有鑒于此，耶路撒冷希伯來大學Slobodkin等人報告了一種在“相干完美吸收”的基礎上可以吸收光的設計原理，理論上可以吸收100%入射到器件上的光。作者設計了一個可以通過使用“退化”光腔來捕獲所有模式的光的系統。作者的這個簡單的設計在外面用了兩個鏡子，在里面用了兩個透鏡。光線被困在鏡子之間，而鏡片的增加有助于引導光線在每次反射后總是擊中鏡子上的同一點，使系統退化。因此，任何被困在兩個鏡子和兩個透鏡之間的光都會在腔內循環，并在每次反射時被吸收。總之，作者演示了如何通過時間反轉簡并腔激光器來實現光的全吸收。將一個弱的、臨界耦合的吸收器放入這個腔中，任何入射波前，甚至是一個復雜的、動態變化的散斑圖案，都可以在大規模并行干涉過程中以接近完美的效率被吸收。這些特性為光收集、能量傳遞、光控制和成像的應用開辟了新的可能性。
圖 放大吸收示意圖
“大規模退化CPA”（MAD-CPA）概念
為了實現一種可以普遍吸收任意復雜空間模式的CPA，必須確保所有諧振腔反射與前腔鏡處的非諧振反射相一致并相消干涉。這種情況在簡并腔設計中得以實現，構成了簡并腔激光器的基礎，因其獨特的激光特性而被廣泛研究。重要的是，腔體光學器件支持的任何模式都可以保持自成像——無論是任何角度的平面波，還是具有復雜波前的高度復雜模式，甚至是空間非相干場。
圖 用于任意波前的大規模退化相干完美吸收體(MAD-CPA)的概念
MAD-CPA的實現和表征
MAD-CPA實驗實現的中心部分是由基于透鏡的望遠鏡組成的簡并線性腔，它放置在長度為4f的腔內（f是每個透鏡的焦距）。這個諧振腔的特點是前面有一個部分反射鏡，后面有一個近乎完美的反射鏡。一個弱吸收器由一個單程透射率為85.2%的薄彩色玻璃組成，放置在前腔鏡旁邊。通過使用連接到后腔鏡的壓電平移臺調整腔長度以與激光波長諧振，同時滿足所有輸入模式的CPA條件。MAD-CPA 中吸收的相干性質允許快速控制，包括通過簡單調整腔長將吸收強抑制到遠低于吸收器單程吸收的值。作者通過注入高度復雜的輸入場證實了MAD-CPA設置的多功能性。
圖 MAD-CPA設置和實驗結果
MAD-CPA設計的靈活性
作者證實了MAD-CPA的吸收動態、快速變化的復雜隨機光場的能力，這些光場是通過柔性多模光纖(MMF)和動態大氣像差的傳輸自然產生的。在所有情況下，無論輸入復雜性或時間動態如何，在CPA條件下都可以實現類似的近乎完美的吸收值。
圖 快速變化的復雜場的相干完美吸收
參考文獻：
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
