超透鏡或將使可見光隱身成為現實

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「寬頻消色差超透鏡」

福布斯網站2018年1月4號刊登一篇文章，介紹了超材料隱身的一些發展，認為最近由哈佛大學研究的一種名為「寬頻消色差超透鏡」（broadband achromatic metalens）的突破性超材料具有實現可見光隱身的應用前景。哈佛大學John A.Paulson工程與應用科學學院（SEAS）的這項研究得到了美國空軍科學研究辦公室的部分經費支持，相關研究論文發表在日前出版的《自然-納米技術》雜誌上。

突破性

「寬頻消色差超透鏡」是世界上首個幾乎覆蓋整個可見光光譜(470納米～670納米）的單體超透鏡。這種扁平超透鏡通過應用鈦基納米鰭陣列根據入射光的波長引導光穿過透鏡的不同部分，使光實現精確彎曲，可將整個可見光譜，包括白光（所有光譜顏色的組合）聚焦於同一點並消除色差。

新技術可將整個可見光譜聚焦於同一點上

聚焦整個可見光譜和白光至同一點非常具有挑戰性，因為每個波長都以不同的速度穿過材料。例如，紅色波會比藍色波更快地通過透鏡，所以兩種顏色將在不同的時間到達相同的位置，導致不同的焦點，產生被稱為色差的圖像失真。照相機和光學儀器堆疊使用不同厚度和材料的多個曲面透鏡來校正色差，造成體積的增大。相比傳統鏡頭，這種扁平超透鏡較薄，易於製造，成本效益更高。

「寬頻消色差超透鏡」通過優化二氧化鈦納米鰭陣列的形狀、寬度、距離和高度來控制不同波長的光穿過透鏡的速度。在最新的設計中，研究人員使用成對納米鰭，控制超透鏡的折射率，調整不同波長的光穿過不同鰭片的時間延遲，從而確保所有波長的光同時到達焦點。

白光穿過稜鏡顯示了不同波長的光會以不同的速度穿過介質

隱身應用前景

在一般情況下，當人們使用任何波長的光照射任何材料物體時，光要麼被吸收要麼被散射。如果光被吸收，那麼物體的背景會被遮擋，警示物體的存在(即該物體不是透明的)。如果光被散射，人們就可以直接看到它。現有的隱身技術是通過最大限度地減小物體對入射電磁波的散射截面進行隱身，但要實現完全隱身，則需將物體四面八方的入射波轉移開，使人們從任何方向都只能看到物體的背景，就像物體根本不在那裡一樣。也就是說，超材料不再是反射或吸收波，而是改變波的傳播路徑，使波發生彎曲，通過繞射傳播實現隱身。

使光發生彎曲並聚焦在一個點上，是實現隱身的關鍵

突破性

變換光學（transformation optics）是一種人工變換電磁場的新興理論。傳統光學研究折射率的變化如何影響光的傳播路徑。變換光學則通過設計各種材料的屬性來實現特定光路。為了使用「隱身斗篷」（cloak）隱藏物體，人們可以設計特定光路來引導光，然後使用變換光學設計形成此光路所需的超材料。即人們可以根據需要創建一個可變換的電磁場，如果磁場結構設計得當，並對入射光的彎曲進行控制，磁場內物體可以在特定波長下隱身。

大約10年前，首個二維隱身斗篷問世，從某個特定角度看，物體實現了隱身。2016年，研究人員開發出一種7層超材料隱身斗篷，其隱身波長從紅外一直延伸到光譜的無線部分。