改良隐形斗篷 中国科学家研发新技术
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2008-09-16 00:00
前言:
中国的研究人员曾一度对美国发明的隐形斗篷感到忧心,该隐形斗篷可遮蔽外界的视线,但同时也让隐形斗篷内的人也无法观看外界;如今,中国的研究人员已发明了一种称之为抗斗篷遮蔽层(anti-cloaking layer)的技术,解决了隐形斗篷内无法观看外界的问题。
在上海交通大学进行的一项实验计划中,抗斗篷遮蔽技术理论上适用于隐形斗篷内的物体,仅需将抗斗篷遮蔽层迭加在隐形斗篷上,便能让隐形斗篷内的人看到外界。
然而,北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)的隐形斗篷共同发明人之一的David Schurig表示,抗斗篷遮蔽层是不必要的设计,因为隐形斗篷只能在特定的光波下使用。
Schurig表示:"隐形斗篷确实能将你隐藏起来,但在特定光波下它同时也遮蔽了你的视线,因为这些光波无法穿透斗篷,因此你也无法从内部向外透视。然而,抗斗篷遮蔽层解决方案仅仅是使用其它光波达到透视效果。举例来说,如同你拥有一件可以在可见光下工作的隐形斗篷,而你也可以利用红外线达到对外透视的功能。"
Schurig是杜克大学(Duke University)的博士后研究员,于2006年参与隐形斗篷的研究开发。当时美国的研究人员们曾展示一件有效的隐形斗篷,它可在5平方英吋区域内遮蔽微波的探测。
另一个由杜克大学的Steven Cummer教授领导的独立小组,随后也展示了一个有效的声学斗篷,可让潜艇躲避声纳的探测。此外,美国能源部Ames实验室的研究人员也展示了全球首款可见光隐形斗篷。
然而,所有的隐形装置都需透过特定波段的电磁辐射让物体免受外界探测,至今尚未有任何方案可以在所有光波下将物体隐形。
中国的提案只是一种理论,尚未证实其可行性,不过该技术曾在150mm的波长(频率为2GHz)下进行模拟测试,并呈现良好的导电性。该次模拟利用了负折射率的异相光学材料(anisotropic optical material)。
隐形斗篷是透过将物体覆盖在一种异向超介质(metamaterials)材料中而实现的,这种异向超介质凭借着小于自由空间的介电常数和渗透率而具有多种折射率。透过排列这些超介质,其折射率能让光波向上、环绕而后再度向下,而光波会绕过物体,因而实现了隐形效果。
俄罗斯理论学家Victor Veselago于1968年首度提出超常介质的理论,Veselago推论,波可与超介质在某种形式下相互作用,其本质与具有正渗透性及介电常数的天然材料有所不同。
所有天然材料都会在可预期的方向内弯曲电磁辐射:即远离垂直于材料表面的直线方向(远离''法线'')。另一方面,超介质也取代了周期性的力学结构,这种结构会迫使波在朝法线弯曲的路径上传导,因而使光波偏离物体。
工程界的超介质属于复合材料,它以巨观(macroscopic)物体取代了巨大结晶晶格中的原子,因而使被动组件数组间距可设定有效的波长。
对微波频率而言,镶嵌在电介质材料上并安置在自由空间的RCL(电阻、电容器、电感)简单数组电路,可将微波指向任何特定路径。
这项由中国研究人员开发的抗斗篷遮蔽层,是利用与隐形斗篷折射率阻抗匹配的异向超介质而实现。透过将抗斗篷遮蔽材料迭加在隐形斗篷上,只要一些光线在内部导引,隐形斗篷内的人就可透视外界。
这项中国研究是与香港科技大学的研究人员共同合作,并于Optics Express网站公布。