罗杰副研究员提出了反常布儒斯特效应和布儒斯特吸收体

    最近,苏州大学罗杰副研究员与南京大学赖耘教授、香港科技大学的Jensen Li教授合作,首次在发现了光学上的反常布儒斯特效应(anomalous Brewster effect)。利用这个新效应,不仅可以实现偏振调控,还可以在从准静场到光频的超宽频范围内实现无反射的吸收和折射调控。基于这一效应,还提出了一种新型电磁波/光吸收体,即布儒斯特吸收体(Brewster absorbers),在反常布儒斯特角下,理论上可以在从准静场到光频的超宽频段内实现无反射的完美吸收。这是自1815年布儒斯特效应被发现以来,首次被用于超宽频无反射的电磁波/光吸收。该项工作以苏州大学为第一单位发表在《Light: Science & Applications》,论文题目为:Ultra-broadband reflectionless Brewster absorber protected by reciprocity


    布儒斯特角(Brewster angle),又称起偏振角,是光学中一个重要的基本概念。当自然光以布儒斯特角入射到介质界面时,当反射光与折射光线互相垂直时,p光不发生反射,完全透射进入介质。此效应是以苏格兰物理学家大卫·布儒斯特(1781–1868年)命名的。然而,根据经典布儒斯特角公式theta_B=arctan(n)可以看出:当介质中的折射率n具有虚部(吸收或增益)时,布儒斯特角theta_B也变为复数。这意味着介质中的介电吸收会导致反射,即布儒斯特效应被破坏了。

    该研究工作发现,如果将经典布儒斯特效应与光学互易原理和各向异性介质中的丰富的参数自由度(各向异性介电常数、光轴倾斜角)结合起来,就可以实现一种反常布儒斯特效应。除了具有偏振调控的功能之外,反常布儒斯特效应还可以任意调控透射光的吸收或折射角,而完全不会破坏阻抗匹配和宽频无反射的效果。

    在反常布儒斯特角下,阻抗匹配和反射为零的条件可以不依赖于材料中的介电吸收,无论介电吸收多大,始终都不会有反射。基于此,提出了一种新型超宽频无反射的电磁波/光吸收体,称之为布儒斯特吸收体。理想情况下,布儒斯特吸收体能在1-2个波长内实现90%以上的吸收。由于反射始终为零,只要样品的厚度足够大,就能对几乎任意波长的电磁波都实现完美吸收。

    苏州大学罗杰副研究员为通讯作者和第一作者,南京大学赖耘教授和香港科技大学的Jensen Li教授为并列通讯作者,其他合作者还包括南京大学的褚宏晨助理研究员(并列第一,微波实验验证)、彭茹雯教授、王牧教授。该工作得到了国家自然科学基金、江苏高校优势学科建设工程的资助。

    文章链接:https://www.nature.com/articles/s41377-021-00529-2

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