新型隱身技術：讓我們離科幻夢想更近一步

導讀

最近，奧地利維也納技術大學（ TU Wien）開發出一種新型隱身技術，他們用一束光從上方照射一種特殊材料，另外一束光則可以完全不受約束地通過。

關鍵字

隱身技術、材料、光學

背景

隱身斗篷，披上後別人就無法看見自己。在《哈利波特》系列科幻小說中，哈利波特擁有這樣一種魔法。然而，隨著各種前沿創新技術的出現，小說中出現的技術正一步一步走向現實。

下面我們舉幾個例子：今年春天，筆者曾介紹過一種由美國杜克大學研發的可重構的超穎材料，它能夠應用於光學隱身斗篷。此外，2014年德國卡爾斯魯厄理工學院使用新型漫射光散射介質，也製造出了隱身斗篷。

（圖片來源：卡爾斯魯厄理工學院）

2015年，美國伯克利實驗室的研究人員也利用超穎材料，研發出了一款隱身斗篷。

（圖片來源：伯克利實驗室）

然而，除了以上介紹的方法，實現隱身斗篷還有其他新途徑嗎？

創新

最近，奧地利維也納技術大學（ TU Wien）開發一種新型隱身技術，他們用一束光從上方照射一種特殊材料，另外一束光則可以完全不受約束地通過。TU Wien 的研究人員與希臘、美國的同事們一起開發了這種新型隱身技術。

那麼，它又是如何讓物體隱身的呢？

答案是：用一種特定波形的光線從上方照射一種完全不透明的材料，會產生這樣一種特殊效果，即來自左邊的光波能夠不受任何阻礙地通過該材料。

（圖片來源：TU Wien）

和光波一樣，這個想法可以應用到不同的波，例如聲波。相關實驗已經在計劃中了。

技術

TU Wien 的 Stefan Rotter 教授表示：

「複雜的材料例如方糖是不透明的，因為光線在它們裡面發生多次散射。一束光波可以進入並離開物體，但絕不會以一條直線穿過介質，而是分散到所有可能的方向。」

（圖片來源：TU Wien）

很多年來，科學家們進行了許多嘗試去戰勝這種散射，創造出隱身斗篷。且已經設計出一些特殊材料，例如：能夠在物體周圍引導光波的材料。或者，對於一些自身發光的物體展開實驗。當電子顯示器發射出的光線，與它從後面吸收的光線恰好一樣時，它就會變成隱形的，至少從正確的角度看上去是隱形的。

TU Wien 的研究人員採用了一種更基礎的方法。論文作者之一的 Andre Brandst?tter 表示：

「我們不想改變光波的路線，也不想通過額外的顯示設備存儲它們。我們的目標是引導原始的光波通過物體，就像物體根本不在那裡一樣。這聽上去很奇怪，但是通過特定的材料和使用我們特殊的光波技術，這的確有可能做到。」

TU Wien 團隊花了幾年時間研發光學活性材料，這些材料可用於構造激光器。為了讓激光器發光，必須通過泵浦光的方法為其供應能量。否則，激光材料就像其他材料一樣，吸收部分的入射光。

克里特大學的教授 （之前在TU Wien）Konstantinos Makris 表示：

「關鍵點就是以一種空間定製的方式，即光線在適當的地方被放大，將能量注入到材料中，同時在材料的其他部分進行吸收。」

「為此，必須有一束具有正確模式的光從上方注入到材料中，就和標準的視頻投影機一樣，除了解析度更高。」

如果這種模式與材料（這些材料通常是散射光線的）內部的不規則性完全對應，然後來自上方的投射能有效地阻止散射，另外一束光線可以從材料的另外一端無任何阻礙的通過，不會發生散射或者損耗。

（圖片來源：TU Wien）

Rotter 表示：

「從數學上所，目前尚不清楚是否能找到這樣一種模式。我們想要使其變得透明的每個物體，必須用它自己特定的模式來照射，這種模式取決於內部散射過程的微觀細節。現在我們開發的方案現能夠為任何任意散射的介質計算出正確的模式。」

計算機模擬顯示這種方法是有效的。現在需要用實驗來證明這個想法。Stefan Rotter 自信地認為這是非常成功的：

「我們已經與實驗學家討論了如何開展這個實驗。第一步，我們想要用聲波取代光波進行測試。從實驗的角度來說，它們更加容易控制；從數學的角度來說，二者的差異並不明顯。」

價值

這項令人驚訝的成果為主動偽裝（active camouflage）技術開啟了全新的可能性。

參考資料

【1】http://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/125132/

【2】K. G. Makris, A. Brandst?tter, P. Ambichl, Z. H. Musslimani, and S. Rotter, "Wave propagation through disordered media without backscattering and intensity variations", Light: Science & Applications 6, e17035 (2017). http://www.nature.com/lsa/journal/v6/n9/full/lsa201735a.html?foxtrotcallback=true

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