Nature：一种新型结构，使波能完美透过复杂介质

【导读】

 无论是无线网络连接减少、无线电信号减弱还是雾天环境中视线受限，在所有这些情况下，无序介质中的波散射会导致干扰模式，其复杂性似乎无法控制。也就是说波在无序介质中传播时的散射是一系列应用的重要限制，其中包括电信、生物医学成像、地震学和材料工程等领域。波前整形技术可以减少波散射的影响，即使在不透明介质中，也可以通过设计特定模式（称为开放传输本征通道）来减少波散射的影响，通过该模式波穿过无序介质而没有任何反向反射。 然而，由于这样的通道非常稀缺，人们无法使用它们来渲染不透明的样品，使其对任何入射光场都具有完美的透射率。

【成果掠影】

近日，法国雷恩大学Matthieu Davy教授联合奥地利维也纳科技大学Stefan Rotter教授展示了当在其前面放置定制的互补介质时，随机无序的介质对所有入射光波都是半透明的。为此，彼此面对的两个介质表面的反射矩阵需要满足临界耦合条件的矩阵推广。并且在数值和实验上实现了该协议，用于设计内部放置几十个散射元件的电磁波导。这里介绍的半透明散射介质还有一个很有前途的特性，即能够在其内部长时间存储入射辐射。相关成果以“Anti-reflection structure for perfect transmission through complex media”发表在Nature上。

【数据概况】

图 1 概念说明 © 2022 Springer Nature

图 2 无序的完全传输波导 © 2022 Springer Nature

图 3 数值和实验结果 © 2022 Springer Nature

图 4  样品中储存的能量 © 2022 Springer Nature

【成果启示】

这项成果从理论上和实验上证明，通过在无序介质前面放置优化的互补介质，可以使无序介质完全传输到所有入射波前。由于只需设计这种互补介质的反射矩阵，作者设想薄超表面也可以用于此目的，使定制和潜在的时间自适应增反射结构的创造成为可能，在无线通信、滤波、能量收集和成像领域的应用具有迷人的特性。从长远来看，期望计算能力和微细加工的进步将使其方法适用于具有越来越多模态的系统。

参考文献：Horodynski, M., Kühmayer, M., Ferise, C. et al. Anti-reflection structure for perfect transmission through complex media. Nature 607, 281–286 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04843-6