隱形衣實現啦完全隱形物體的神秘裝置首次成功研製

《哈利波特》等科幻電影中多次出現「隱形衣」,多年以來,這一直是富有神秘色彩的虛幻概念,但事實上科學家已距離現實更進一步了!目前,加拿大科學家最新研製一種隱形裝置,可使物體首次「完全隱形」,甚至在自然光線環境隱形3D結構物體。

圖中是電影《哈利波特》中神秘的「隱形衣」,波特穿上之後能夠將身體處於無形之中。

在此之前科學家們在研製「隱身衣」方面付出巨大努力,但是效果並不理想,因為這些裝置無法在任何光線波長范圍內適用。加拿大科學家最新設計的「光譜隱形裝置」與眾不同,它通過消除光波穿過物體時留下的痕跡,從而使物體達到隱形效果。

當光線穿過物體時,某些色彩的能量可以被光纖層轉移,最終進入觀察者視線的光波實際上與另一側相同,致使物體在白天光線下「隱形」。除了隱藏人體達到「隱身衣」的效果之外,研究人員聲稱,這項突破性技術還可適用於防雷達探測的飛行器,以及防黑客攻擊的網絡線纜。

隱形能力是通俗流行文化中持續已久的「神秘主題」,頗受讀者歡迎的科幻小說《隱形人》、《星際迷航》等都有關於隱身裝置的大膽描述和猜測,多年以來,物理學家一直努力試圖複製這些科幻裝置。

當前研究人員使用超材料,它能部分彎曲物體周圍的光線,從而使物體隱藏起來。但是超材料很難應對不同頻率的光線,例如:不同顏色的光線。同時,超材料還扭曲了光波,因此超材料的隱形效果並不自然。目前,加拿大國家科學研究所的研究人員正在試圖克服這些困難。

我們每天生活環境的光線都是寬頻照明,從紅色至藍色,橫跨較大的波長範圍。所有可見物體都會反射少量它們的波長,並決定了它們所呈現的顏色。

這種光譜隱形裝置是通過選擇將光譜某些顏色的能量轉移至其它顏色,通過匹配遮蓋物體反射所需要的顏色,最終該隱形裝置使目標物體「消失不見」。例如:如果一個物體是綠色的,它可以轉換任何綠色光線波長成為藍色光線波長,從而遮蓋了綠色物體的存在。

一旦光線穿過物體,該裝置將恢復光線至最初狀態,因此人們不會注意到這種「隱形干擾」。負責該研究項目的約瑟•阿扎娜教授稱,我們的工作代表了隱形裝置研究領域的一個重大技術突破!我們可以實現目標物體在現實寬頻照明下完全隱形,這是在未察覺和未失真的情況下傳播照明光波穿過物體,就好像目標物體和隱形裝置並不存在。當你觀察一個目標物體時,你真實看到的是物體改變與其交互的光波能量。

一旦光線穿過物體,該裝置將恢復光線至最初狀態,因此人們不會注意到這種「隱形干擾」。

大多數隱形衣的解決方案都涉及到改變光線路徑,因此光波在物體周圍傳播,而不是穿過物體。之前有一種叫做「暫時隱形」的技術方案,它改變了光線傳播速度,從而在一定時間長度內,光束穿過物體使其暫時隱藏起來。在以上方法中,不同顏色的入射光波穿過隱形裝置時,必須沿著不同的路徑,從而花費了大量時間到達它們的目的地。

同樣參與這項研究的路易斯•羅梅羅•科爾蒂斯強調稱,傳統的隱形方案依賴於改變被隱藏物體周圍照明的傳播路徑,通過這種方式,不同顏色需要不同數量等級的時間穿過隱形斗篷,這樣很容易探測到失真,暴露出隱形斗篷的存在。目前我們的設計方案有效地解決了這些問題,光波可以穿過目標物體,而不是環繞在目標物體周圍,同時,能夠有效避免光波和目標物體之間的交互反應。

研究小組通過隱形一個光學濾光器證實了這一概念,光學濾光器接受雷射照射之後能夠選擇性傳輸不同波長。目前設計的最新隱形裝置是由兩種商用組件構成——色散光纖和時間相位調製器,放置在濾光器的前面和後面。

這種光譜隱形裝置是通過選擇將光譜某些顏色的能量轉移至其它顏色,通過匹配遮蓋物體反射所需要的顏色,最終該隱形裝置使目標物體「消失不見」。

色散光纖將迫使光束(實際上是光波)以不同速度傳播,逐漸分解成為不同的顏色,其作用就像棱鏡一樣。時間相位調製器能夠改變光線光學頻率,這要取決於光波穿過該裝置的時間,允許它能改變顏色成為另外一種顏色。

這種光譜隱形裝置能夠改變一定頻率範圍的光波,使其被濾光器所吸收,之後當光束從濾光器另一側溢出時,完全逆轉該過程。這使得整個隱形過程中雷射脈衝轟擊在非吸收介質上,也就是說,光束穿過物體沒有出現任何干擾。同時,該裝置的應用範圍並不僅限於「隱形斗篷」。例如:有選擇性地移除和恢復寬頻波長中的顏色,可允許傳輸更多的電信數據,減少信號阻塞。它也可以防止竊聽者通過探測光纖網絡收集重要數據信息。這項研究的完整報告內容已發表在《光學設計》雜誌。

(新浪探索)

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发表于: 2018-07-24 02:01:33 AM
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