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"隐身斗篷"正在成为现实

从幻想、神话再到科幻小说,“隐身”成了一些科幻迷的梦想。虽然《星际迷航》将隐身装置的想法带入了大众意识,而《哈利·波特》中的隐形斗篷更是让“隐身”如我们幻想的那般呈现在荧幕中。那么,以我们现有的技术,可以实现“隐身”吗?事实上,我们最可能实现隐形的方式是通过“技术”的发展,这种技术只能在比人眼感知的波长更长的波长下才能提供有效的隐形。

▲由于超材料、纳米透镜和转换光学技术的综合进步,使物体周围的光弯曲并显示背景、来自任何角度和距离的入射光的能力可能成为现实。

雷达的不可见性,即微波到无线电波长的电磁辐射,可能是第一步。而超材料的最新发展进一步扩展了这一点,将光线弯曲到物体周围并使其无法被检测到。2018年1月1日,《自然》发表了一篇名为《一种用于在可见光中聚焦和成像的宽带消色差元透镜》的文章,文中被称为“宽带消色差元透镜”的新型材料可以使一个物体在整个可见光谱中都无法检测到。通过它我们就可以实现一个可见光隐形装置。

在过去的二十年里,一种被称为超材料的物质的特殊多层涂层被开发出来,使某些特定波长的电磁辐射能够在物体周围自由通过。这与透光性不同,透光性是透过材料。超材料的结构将光线引导到物体周围,使其不受干扰地朝其进入的方向发射。

变换光学(transformation optics)是一种人工变换电磁场的新兴理论。传统光学研究折射率的变化如何影响光的传播路径。变换光学则通过设计各种材料的属性来实现特定光路。为了使用“隐身斗篷”隐藏物体,人们可以设计特定光路来引导光,然后使用变换光学设计形成此光路所需的超材料。即人们可以根据需要创建一个可变换的电磁场,如果磁场结构设计得当,并对入射光的弯曲进行控制,磁场内物体可以在特定波长下隐身。

▲十多年前,第一个 2D 斗篷被开发出来,从特定角度观察时可以隐藏物体。今天,我们正在努力打造真正的 3D 斗篷。

据作者介绍,“宽带消色差元透镜”的关键就是钛基纳米鳍的应用。根据入射光的波长,这些纳米鳍将引导光穿过材料的不同部分,使光实现精确弯曲,可将整个可见光谱,包括白光(所有光谱颜色的组合)聚焦于同一点并消除色差。

▲将整个光谱的光聚焦在一个点上,从而消除色差

目前,构建现实中的隐形斗篷面临的最大挑战是结合多种波长,因为斗篷的材料必须从点到点变化,以适当地弯曲(然后不弯曲)光,我们还不能用斗篷穿透光谱的可见光部分。然而,超透镜最新进展似乎表明,如果能在单一、窄的波长上做到这一点,那么就可以应用这种纳米鳍技术来极大地扩展所覆盖的波长,从而将物体周围来自任何角度和距离的入射光被弯曲,并显示物体背景,这意味着可见光隐身、三维隐身斗篷或将成为现实。

▲如果成功应用超透镜最新进展,将斗篷扩展到光谱的可见光部分,就可实现“隐身斗篷”

今天,超透镜技术的进步,预示着真正的隐形装置的到来。正如《星际迷航》最初设想的那样,隐身技术需要几个世纪才能完善。在地球上,它可能只需要十年或两年。如果这种最新的超透镜技术能够迅速应用于超材料斗篷,那么光学斗篷(“隐身斗篷”)可能最终在人类不久的将来成为现实。

 

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