Slechte draadloze ontvangst, de ruis in het radiosignaal of slecht zicht in de mist - al deze ergernissen hebben te maken met het feit dat golven zoals zichtbaar licht of microgolfsignalen worden afgebogen en gereflecteerd door talrijke ongeordende obstakels. De TU Wien in Wenen (Oostenrijk) en de Universiteit van Rennes (Frankrijk) hebben nu samen een verrassende methode ontwikkeld om golfreflecties helemaal te elimineren.

De methode laat toe om een ​​antireflectiestructuur op maat te berekenen. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt om een ​​extra laag op een muur te ontwerpen die slechts gedeeltelijk doorlaatbaar is voor een draadloos signaal, zodat het hele signaal zonder reflecties door de muur kan worden geleid.

Tot nu toe was het zelfs theoretisch niet duidelijk dat zoiets mogelijk was - nu kon het onderzoeksteam hiervoor een rekenmethode presenteren en ook succesvol testen in een experiment:microgolven werden door een complex gestuurd, wanordelijk doolhof van obstakels, vervolgens werd de bijpassende antireflectiestructuur berekend en voor de obstakels in het experiment geplaatst - de reflectie kon bijna volledig verdwijnen:geen van de golven keerde terug naar de kant van waaruit ze werden geïnjecteerd.

Een antireflectiecoating voor bijna alles

"Je kunt het vergelijken met de antireflectiecoating op je bril", zegt prof. Stefan Rotter van het Instituut voor Theoretische Fysica van de TU Wien. "Je voegt een extra laag toe aan het oppervlak van de bril, waardoor lichtgolven beter naar je ogen gaan dan voorheen - de reflectie wordt verminderd."

Bij conventionele brillen is dit nog relatief eenvoudig en inmiddels standaard techniek. Veel moeilijker is het als je te maken hebt met een ongeordend medium waarin een golf herhaaldelijk wordt verstrooid en afgebogen totdat hij via ingewikkelde paden zijn weg uit zo'n doolhof vindt. Een troebele ruit of een stuk suiker valt in deze categorie - of zelfs een betonnen muur waarop een radiosignaal valt. De golven worden op veel punten verstrooid, zodat slechts een deel ervan doordringt, de rest wordt gereflecteerd of geabsorbeerd in de muur.

Maar zoals nu blijkt, is het zelfs bij complexe golfverstrooiing mogelijk om een ​​"coating" te vinden die elke reflectie voorkomt. "Ten eerste moet je gewoon bepaalde golven door het medium sturen en precies meten op welke manier deze golven door het materiaal worden weerkaatst", legt Michael Horodynski (TU Wien), de eerste auteur van de huidige publicatie, uit. "We hebben kunnen laten zien dat deze informatie kan worden gebruikt om een ​​corresponderende compensatiestructuur te berekenen voor elk medium dat golven op een complexe manier verstrooit, zodat de combinatie van beide media golven volledig doorlaat. De sleutel hiervoor is een wiskundige methode die we hebben ontwikkeld om de exacte vorm van deze antireflectielaag te berekenen."

Experimenten met magnetrons

Bij de experimentele implementatie van deze nieuwe methode in Rennes werden microgolven eerst door een metalen golfgeleider gestuurd waarin de golven worden verstrooid door tientallen kleine voorwerpen van metaal en volledig willekeurig en ongeordend geplaatst teflon. Slechts ongeveer de helft van de microgolfstraling bereikt de andere kant, de rest wordt gereflecteerd.

Na het nauwkeurig meten van het verstrooiingsgedrag van dit systeem, was het mogelijk om met de nieuw ontwikkelde methode te berekenen welke extra verstrooiingspunten een perfecte "antireflectielaag" vormen voor precies dit willekeurige systeem.

En inderdaad:als golven eerst door het antireflectiegebied worden gestuurd met de wiskundig geoptimaliseerde extra verstrooiingspunten en vervolgens van daaruit door het gebied reizen met de willekeurig gerangschikte verstrooiers, eindigen ze honderd procent aan de andere kant - geen golf keert terug naar het startpunt en de reflectie is verwaarloosbaar; en dit geldt voor elke golfvorm die de antireflectiestructuur raakt.

Van draadloze signalen naar de microscoop

Het feit dat het mogelijk is om golfverstrooiing te compenseren met extra verstrooiing, opent mogelijkheden op heel verschillende gebieden:de technologie zou niet alleen nuttig kunnen zijn voor een betere draadloze ontvangst, maar ook voor beeldvormingstechnieken, bijvoorbeeld in de biofysica. Golfdynamiek en golfverstrooiing zullen ook een grote rol spelen in 6G, de volgende generatie mobiele communicatie na 5G:men zou de intensiteit van mobiele radiosignalen kunnen verminderen als men erin slaagt ze met zo weinig mogelijk middelen langs geschikte paden van zender naar ontvanger te sturen. reflectie mogelijk. + Verder verkennen

Onderzoekers creëren lichtgolven die zelfs ondoorzichtige materialen kunnen doordringen