分析由均匀球和核壳球制成的光帆的加速度时间和反射率
光学
2026-02-17 v1
摘要
为 Breakthrough Starshot 计划中提出的光帆选择合适材料和设计具有重要意义。本文提供了一种可行的选项，即由周期性排列的均匀球和核壳球制成的超材料。我们采用 Mie 理论中的再规范化 T 矩阵，探讨了此类超材料的反射率、吸收率和加速度时间。我们关注由铝、硅、二氧化硅及其组合制成的球体。由于光帆预计将使用地球基激光阵列加速至光速的 20%，因此需要考虑相对论效应。因此，高宽带反射率对于有效推进至关重要。我们识别出能够提供此类性能且吸收率低的超材料，以减少加热和变形。我们强调了一种有前景的延伸，即已在文献中讨论的由均匀硅球制成的超材料，通过添加二氧化硅层。硅和二氧化硅组合的高宽带反射率通过对出射场多极贡献（最高至四极子级）的有利干涉得到解释。我们还考虑了嵌入材料，其折射率不同。折射率可达 1.13 时，反射率可保持在 90% 以上，而无需重新优化光帆。
引用
@article{arxiv.2410.13494,
title = {Analyzing the acceleration time and reflectance of light sails made from homogeneous and core-shell spheres},
author = {Mitchell R. Whittam and Lukas Rebholz and Benedikt Zerulla and Carsten Rockstuhl},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.13494},
year = {2026}
}
备注
15 pages, 7 figures