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近年來,光學研究人員提出了許多關於隱身斗篷的概念——這種偽裝可以有效地重新定向光線,從而隱藏內部物體。 這些方法中的大多數都依賴於所謂的超材料,精心設計的結構,旨在具有奇異的光學特性。 但是,一個研究團隊現在設計了一種更簡單的隱身裝置,完全不需要超材料。 即使哈利·波特式的隱身斗篷永遠不會實現,這種極端光線操縱的簡化也可能在通訊和計算領域有更直接的應用。
在本週線上發表於《物理評論快報》的一篇論文中,來自華盛頓特區BAE系統公司、陶森大學和普渡大學的研究人員描述了一種實驗裝置,該裝置使用兩個鍍金表面,一個彎曲,一個平坦,以隱藏它們之間的區域。 除了設計的簡單性[左圖所示],研究人員表示,形成所謂錐形波導的反射表面,避開了超材料的主要缺陷之一,即光線透過它們時的高吸收率。 波導似乎也適用於多種可見光波長,這是超材料一直難以做到的。
研究合著者弗拉基米爾·沙拉耶夫是普渡大學電氣與計算機工程教授,他曾參與一個小組,該小組在2007年使用超材料設計了一種可見光隱身斗篷。 但該斗篷僅在預定義的波長下工作,並且隱藏的區域非常小,這引起了人們對超材料方法缺點的關注。 沙拉耶夫說:“從一開始我們就意識到這樣做的巨大挑戰,儘管我們嘗試並不斷嘗試這樣做,但挑戰仍然非常艱鉅。” “這在根本上並非不可能,但真的非常非常困難。”
為了尋找更簡單的方法,研究人員意識到他們可以定製設計波導,以模仿超材料的特性,特別是材料折射率的梯度,折射率是衡量光線透過速度的指標。 沙拉耶夫說,結果是光線可以彎曲繞過中央隱身區域,“就像水繞過石頭一樣”。
該領域的其他先驅表示,這項研究為棘手的問題提供了一種優雅而新穎的方法。 倫敦帝國學院的物理學家約翰·彭德里說,錐形波導是“一個非常聰明的想法”。 蘇格蘭聖安德魯斯大學的物理學家烏爾夫·萊昂哈特表示贊同,稱該論文“是一項傑出的工作,一個非常簡單的想法”。 兩位研究人員都指出的一個警告是,新方法隱藏的是二維區域,而不是三維區域。 彭德里說,“你可能想要隱藏的東西可能不侷限於二維”。 例如,要實現隱藏人類的遙遠夢想,就必須隱藏三維空間。
但沙拉耶夫和彭德里指出,這項技術的最終應用可能根本不涉及隱身,而是可能促進更強大的光通訊鏈路和電路。 彭德里說:“隱身概念是一個演示,它向感興趣的人展示了我們正在開發的新技術有多麼強大。” 他補充說,沙拉耶夫的團隊和該領域的其他人“可以隱身物體,因為他們在控制和引導輻射方面具有強大的能力,但真正的應用可能根本不在隱身方面。 例如,它們可能用於在某些使用光而不是電子的電路中傳輸訊號。”