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光子晶体制作的隐形斗篷

2016-09-05 10:09
人在旅途20
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  几乎像独角兽般难以捉摸,寻找能在实际中应用的隐身衣材料是具有挑战性的。如今,密歇根理工大学的研究人员对于此有了一些新的解决办法。

  由金属元素组成的超材料的初步提出用于当做构建隐形斗篷材料,但并没有解决一些重要的隐形问题。

  还剩下的三个挑战。首先是控制隐形斗篷上各向异性介质不同方向上的传播波的行为的可变性。同样重要的是要确保隐形材料可以在微波和光波频率下工作。最后,研究人员不得不减少损失,限制隐藏的对象的大小。

  Elena Semouchkina,是电子与计算机工程的一名副教授,和他的研究生已经发展了制造隐形斗篷更实用的几种新方法。他们的最新作品,发表在《光学》杂志的一个特殊的主题板块改造光学栏目上,着眼于一个有前途的新的方式来操纵电磁波使物体呈现出隐形状态。研究小组开发了一种利用光子晶体实现的方法。

  隐形的科学

  成为隐形状态并不是一种魔术的把戏。使物体隐形要归结为电磁波的重新定向。隐形斗篷介质需要弯曲一个区域周围的电磁波的路径,以隐藏一个对象,并沿弯曲的轨迹加速波。根据变换光学原理,利用方程可以预测哪种材料的空间色散特性将扭曲电磁波。

  为了提供规定的色散,Semouchkina和她的团队开始利用组成成分不是金属的超材料,而是介质谐振器。介电材料具有可以忽略不计的导电性和低损耗特性;介电谐振器引起电磁波来回反射,就像一个调谐叉起到一个谐振器的作用。这允许控制隐形斗篷中的电磁波的传播。

  基于这种认识,Semouchkina的实验室开发的隐形斗篷用于微波和红外频率范围的使用,斗篷设计分别利用陶瓷与硫系玻璃谐振器。后来,他们提出采用基于普通介质材料的多层膜形成的隐身斗篷。为了抑制从隐形物体散射的波,他们优化的介电性能和层的厚度。为了隐藏一个更大的对象,该研究小组提出了另一种方法,使用专门设计的电介质透镜制造出一个更大的空间的隐形斗篷。

  现在,他们正在转向从周期性的结构被称为光子晶体的材料来制作隐形介质。具体来说,他们使用适当结构的晶体组成的介电棒。不同于超材料,这些晶体“原子”的共振没有定义波的传输。因此,光子晶体对于制作隐身衣有很大的潜力。

  超光速材料

  Semouchkina和她的团队采用的用于制作斗篷介质的光子晶体材料,能够提供传播波超光速的相速度。也就是说,波的移动速度比光的速度快。

  这样的速度可以在波曲线通过隐藏对象时保持原始波前。像一颗钻石折射光分成许多颜色,这些光子晶体也具备所需的折射率各向异性。这意味着波相速度在不同的晶面上是不同的。隐形的意思是,这些抵消波速度会产生隐形的错觉。

  “解决各向异性问题的关键点是不同方向上不同的晶体晶格参数,”Semouchkina说。

  隐形斗篷的应用前景和能够想象得到的范围一样大,将对国家安全和工业应用都是有用的。隐形斗篷听起来似乎是神秘的,而科学只是简单地控制光的流动就可以了。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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