يقدم التقدم الفيزيائي والهندسي طريقة أكثر فعالية من التقنيات الموجودة حاليًا للحد من ظاهرة انعكاس الضوء
عندما يمر شعاع الضوء من وسط إلى آخر، حتى لو كان كلاهما شفافًا (مثل الهواء إلى الزجاج)، ينعكس جزء من شدة الضوء ويمر جزء آخر. هذه الظاهرة والتي يتم التعبير عنها مثلا في الانعكاس الذي نراه عند النظر إلى الخارج في ساعات الظلام من غرفة مضاءة عبر النافذة، هي ظاهرة عامة لانتشار الموجات وتوجد أيضا في موجات الراديو، الموجات الميكروية، الموجات الصوتية، موجات الضغط وحتى في الدوال الموجية التي تصف الجسيمات الكمومية.
يوضح البروفيسور كوبي شوير أن "ظاهرة الانعكاس الجزئي ترجع إلى حقيقة أن الوسطاء المختلفين لديهم خصائص بصرية مختلفة". "على سبيل المثال، يرجع الانعكاس الجزئي من زجاج النافذة إلى حقيقة أن سرعة الضوء في الهواء وفي الزجاج مختلفة - فالضوء يتحرك بشكل أبطأ عبر الزجاج. إن ظاهرة الصدى التي نسمعها بالقرب من المنحدرات تنبع من سبب مماثل، وهو أن الموجات الصوتية يمكن أن تتحرك بسهولة عبر المواد الصلبة، بسرعة أعلى من سرعتها في الهواء. "إن الفرق بين سرعة الصوت في الهواء وفي الصخر يسبب انعكاسًا جزئيًا للموجات الصوتية وهو ما يخلق الصدى."
تقدم دراسة جديدة طريقة مبتكرة للقضاء على انعكاس موجات الضوء من الأسطح، مما يمنع انعكاس نطاق واسع من الأطوال الموجية أو الترددات. تم إجراء البحث تحت قيادة البروفيسور كوبي شوير والبروفيسور بافيل جينزبرج من كلية الهندسة الكهربائية في كلية الهندسة آيفي وألدر فليشمانبالتعاون مع الدكتور ديمتري فيلونوف من معهد الفيزياء والتكنولوجيا في موسكو، وتم نشره مؤخرًا في المجلة المرموقة Optics Express.
تحييد عامل التدخل
ويشير الباحثون إلى أنه في كثير من الحالات، تشكل ظاهرة العودة الجزئية عاملاً مثيراً للقلق. في أنظمة المراقبة والبصريات المعقدة مثل المجهر، يمكن لظاهرة الانعكاس الجزئي أن تسبب انخفاضًا كبيرًا في شدة الضوء التي تصل إلى العين البشرية أو الكاشف، وبالتالي تضعف أداء النظام بشكل كبير. ولتوفير حل لظاهرة العودة الجزئية على نطاق ترددي واسع، تناول الباحثون المشكلة من اتجاه مختلف تمامًا.
ويوضح البروفيسور شوير: "بشكل عام، من أجل الحد من ظاهرة الانعكاس الجزئي، يمكن استخدام "طلاء مضاد للانعكاس". تعمل هذه الطبقة بمثابة رنان يسبب تداخلًا بناء للضوء في الاتجاه الأمامي وتداخلًا مدمرًا في الاتجاه الخلفي، وبالتالي تقل درجة الانعكاس. يمكن العثور على هذا النوع من الطلاء في مجموعة واسعة من الأنظمة البصرية والصوتية، وحتى في النظارات. العيب الرئيسي لهذه الطريقة هو كفاءتها المحدودة، وهي مناسبة لتردد واحد، وهذا هو تردد الرنين."
في الأنظمة المطلوبة للتعامل مع نطاق من الأطوال الموجية أو الترددات، على سبيل المثال النظارات أو المجهر، فإن الطريقة الحالية لا تقضي تمامًا على الانعكاس الجزئي للضوء. من حيث المبدأ، يمكن توسيع الطريقة لمعالجة نطاق من الأطوال الموجية أو الترددات، من خلال تجميع طلاء يتضمن عدة طبقات من مواد وسماكات مختلفة، ولكن من الناحية العملية، من الصعب جدًا تصميم طبقات متعددة الطبقات بسبب التحسين المعقد للطبقة. مطلوب سمك الطبقات وخصائصها.
تشرفت بلقائك: "رنان الضوء الأبيض"
ومن أجل التغلب على محدودية كفاءة الطرق الحالية، طور الباحثون جهازًا يعرف باسم "رنان الضوء الأبيض". ووفقا للبروفيسور شوير، "على عكس الرنانات العادية، التي تتميز بعدد محدد ومحدود من ترددات الرنين، فإن المرنان الجديد قادر على الاستجابة لمجموعة مستمرة من الترددات." الفكرة وراء الطريقة الجديدة هي استخدام الخصائص الفريدة للرنان مع الضوء الأبيض من أجل خلق تداخل مدمر للموجات المنعكسة على نطاق الرنين بأكمله للرنان وبهذه الطريقة يتم إلغاؤها. لقد أصبح تصنيع الرنان الخاص ممكنًا بفضل الجمع بين عدة طبقات ذات خصائص بصرية مختلفة، ولكن على عكس النهج التقليدي، فإن التصميم بسيط ولا يتطلب تحسينًا حاسوبيًا معقدًا.
وقد تحقق الباحثون من صحة الفكرة من خلال تحقيق بنية تقضي على التكرارات في نطاق ترددي واسع في مجال الموجات الدقيقة. ولتحقيق هذه الغاية، قاموا بتجميع دليلين موجيين بخصائص مختلفة، وأظهروا أنه من الممكن القضاء على الانعكاس الجزئي الذي يحدث بشكل طبيعي، عندما تمر موجات الميكروويف من دليل موج إلى آخر، من خلال تنفيذ مرنان للضوء الأبيض يتكون من أجزاء من أدلة موجية ذات خصائص تم اختياره وفقا لذلك. للتحكم في خصائص الأجزاء التي يتكون منها الرنان، ملأها الباحثون بمواد خارقة تم تحقيقها من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد.
ويختتم البروفيسور شوير كلامه بتفاؤل: "إن مفهوم مرنان الضوء الأبيض هو مفهوم عالمي ويمكن تنفيذه لجميع أنواع الموجات وفي جميع نطاقات التردد. إن القدرة على إلغاء عمليات الإرجاع عبر نطاق ترددي واسع قد يكون لها عواقب بعيدة المدى والعديد من التطبيقات مثل أنظمة المراقبة والتصوير الأفضل، وأنظمة الاتصالات ذات النطاق المحسن ومعدل البيانات، بالإضافة إلى تطوير تقنيات التخفي."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
