Only Perception: 「反鏡像」光學錯覺可增加 LED 照度與雷射功率

2010-11-16

「反鏡像」光學錯覺可增加 LED 照度與雷射功率

Anti-mirror optical illusion could increase LED luminosity and laser power
http://www.physorg.com/news/2010-11-anti-mirror-optical-illusion-luminosity-laser.html

By Lisa Zyga, November 15, 2010

(PhysOrg.com) -- 利用「完美透鏡（perfect lens）」使多個物體看起來就像是一個，科學家藉此展示一種新的、可能在照明系統中有實際應用的光學錯覺（optical illusion，視錯覺）。一般來說，一面鏡子使一個物體看起來就像是二個物體（原本的物體及其反射）。因為新的設置做了相反的事，所以科學家稱此概念為「反鏡像效應（anti-mirror effect）」。

Huanyang Chen（陳煥陽教授），一位中國江蘇蘇州大學（Soochow University）的超材料（metamaterials）與變換光學（transformation optics）研究者，及其同僚發現並塑模出這種反鏡像效應。夠使多個物體看起來像一個的能力利用了「疊加錯覺光學（overlapped illusion optics）」，在此之前並未在自然界中發現過。

為了證明這個基本概念，研究者解釋，二個完全相同的圓柱狀完美導電體（perfect electric conductors，PECs）置於以負折射率材料製成之完美透鏡的相對二側。從透鏡任一側遠場（far field，在一定距離之後）觀看時，二個 PECs 看起來像一個。此外，當科學家將其中一個圓柱狀 PECs 以一個具橢圓柱狀 PEC 的錯覺裝置（illusion device）取代時，二個 PECs 看起來都只像是一個圓柱狀 PEC。

更進一步詳述此效應：研究者證明，二個放置真實圓柱狀 PECs 的位置都能以具橢圓柱狀 PECs 的錯覺裝置取代。再一次，這二個錯覺裝置看起來像一個 PEC。如同科學家的解釋，此效應之所以發生是因為二錯覺裝置彼此靠的夠近，故它們的虛錯覺（virtual illusion）空間重疊。在這個共享區域內，二錯覺裝置形成單一一個 PEC 影像。

"在完美透鏡二側的二個 PECs 遵循成像原理，故它們每一個都與另一個的虛錯覺重疊，" Chen 解釋。"反鏡像效應根源於完美透鏡的漸逝波放大（evanescent wave amplification）"

在固態照明（諸如 LEDs）與同調光源（例如雷射）這二門中，反透鏡效應均有其應用。現在，LED 開發最大的挑戰之一是達到夠高的照度以利一般照明使用。增加 LED 照度的方法之一是在單個燈泡內封裝許多 LED；然而，問題在於燈具的空間性照度不均勻。利用新的疊加錯覺光學，研究者證明，來自不同位置的多個 LED 影像能被重疊，使得燈泡看起來就像是單 LED 光源，具有高且均勻的照度。

所提議的疊加錯覺光學方法也能夠增加雷射的功率與維持雷射的空間均勻性。通常，當兩同調光源並列時，因干涉之故，其空間均勻性會降低。利用與LED 相同的配置，多個同調光源能在相同頻率與相位下操作，使得光振幅加倍、整個同調系統的總功率增加四倍。利用傳統的光束結合技術無法實現這些改善。

"我們當前的研究只是個概念性模型，" Chen 說。"我們最近利用一種傳輸線介質實現第一個錯覺光學裝置 -- 一個「隱形閘道」。" 請見：http://arxiv.org/abs/1005.3425

※ 相關報導：

＊ Anti-mirror effect: A perfect lens brings a brighter feature
http://arxiv.org/abs/1011.0542