技術，隱身衣最新研究進展

隱身------一個浪漫的辭彙，一個令人出現無限遐想的辭彙（當然也就是想想），在自然界存在許多隱身的現象。為了躲避天敵攻擊或尋找獵物，許多動物進化出了各種各樣的偽裝方法，包括擬態和保護色。比如變色龍能夠根據周圍環境來作出變色行為。

受自然界動物的啟發，人類發明了迷彩服，具有一定的偽裝、迷惑敵人的效果。飛機出現後，雷達探測技術也迅速發展，為了避免我方戰機被發現，自然出現了反雷達探測系統，隱身飛機應運而生，所謂的隱身，是通過在飛機表面塗抹吸收雷達波的材料，將電磁波吸收，而雷達接收不到反射回的電磁波，自然無法作出正確判斷，這種隱身是用來欺騙電子設備。

『隱身衣』如果在網上百度查的話，會發現一個有關量子隱身衣的新聞----某老人披上隱身衣瞬間消失，毫無疑問，這是假的，無論是何種方法研究的隱身衣技術，光學變換也好，超表面技術也好，目前尚未有理論成型技術可投入生產。『隱身衣』自然有很多好處，歡迎大家努力學習，投身光學科研事業，研究隱身系統。下面隨賢集網小編一起來了解下隱身衣最新研究進展（純技術）。

基於散射相消法的電磁波隱身衣

2005年，美國賓夕法尼亞大學的Engheta等提出了--種基於散射相消（scattering cancellation）理論的等離子體隱身衣設計思路。單一物體會產生散射，但是如果在這個物體上包裹上另一種物體，兩種物體的總散射可以彼此相消。在這種情況下，這兩個物體所組成的系統可以被當作是隱身的。如圖所示：

利用散射相消法設計隱身衣的理論模型

通過在球體散射體外部包裹一層相對介電常數小於1的球殼，來抵消散射體TM(磁場垂直於徑向)基模的散射。一般而言，該介電常數小於1的外殼是由等離子體材料製成，在其等離子體諧振頻率附近就會使被罩物體的散射截面顯著下降，從而目標物體對於外界觀察者來說就被隱身了。隨後，該小組進一步對這種技術進行了理論分析和模擬驗證。

2009年，Engheta研究小組報道了第一個由異向介質材料實現的等離子體隱身衣，通過將金屬魚鰭陣列浸泡在高介電常數的液體中，他們創造了一個異向介質等離子體外殼。如圖所示：

微波段由異向介質材料製作而成的等離子體隱身衣。（a）模型示意圖；（b）實驗裝置圖

通過控制金屬魚鰭陣列的數量、大小以及液體的介電常數，可以控制整個外殼的等效介電常數，實現較小甚至負的等效介電常數，從而滿足等離子體隱身衣的設計參數。當一個電介質柱體周圍圍上該異向介質等離子體外殼後，其微波段的總散射減小了75%，成功驗證了該方法的有效性。隨後，美國德克薩斯州大學奧斯汀分校的Ali小組進一步實驗實現了可以在電磁波傾斜入射下工作的隱身衣，大幅降低了電介質柱體的散射寬度。

但是，利用散射相消法設計的隱身衣，只能適用於亞波長尺寸的物體。當物體的尺寸大于波長時，高次模分量對散射場的影響增大，會大大增加設計的複雜度，實驗實現非常困難。

基於保角變換法的電磁波隱身衣

2006年，英國聖安德魯斯大學的Leonhardt提出了保角變換法（comformal mapping method）的隱身衣設計理論。通過對整個複平面進行坐標變換，Leonhardt巧妙的選擇了黎曼葉(Riemann sheet)和支路(branch cut)的位置和大小，可以對大部分光線實現隱身效果。如圖所示：

保角變換法的實空間與虛空間示意圖

左圖表示二維實空間的複平面，右圖表示經過相應Zhukovsky變換後的虛空間的兩個二維黎曼葉，實空間中黑色圈外部區域對應於虛空間中上層的黎曼葉，實空間中黑色圈內部區域對應於虛空間中下層的黎曼葉，實空間中黑色圈對應於支路(虛空間中的黑色線)。當虛空間中兩個黎曼葉的折射率均為1時，在上層黎曼葉中不經過支路的光線(藍線與綠線)能夠在實空間中繞過黑色圈，但經過支路的光線(紅線)則會在實空間中穿過黑色圈而進入內部。通過選取不同的變換，並對改變虛空間中黎曼葉的折射率分布，可以進一步改進該隱身衣。

基於變換光學法的電磁波隱身衣

2006年，英國帝國理工學院的Pendry等在Science.上發表文章，提出了利用變換光學法(transformation optics)來實現完美隱身衣的設計方法。基於麥克斯韋方程組的在不同坐標系統下的形式不變性，Pendry等人基於坐標變換，獲得隱身衣材料的電磁參數特性。通過在電磁空間中創造-一個「洞」，電磁波會繞過這個「洞」並按照原來的方向傳播，從而不產生任何散射，達到完美隱身，如圖所示：

完美三維隱身衣原理示意圖（電磁波繞過中間被隱身的區域，並且在出射方向上沿著原來的方向傳播）

這個「洞」即為隱身區域，在隱身區域內部放置任何物體都不會被外界的電磁波探測到。同年，基於Pendry的理論，美國杜克大學Cummer等利用有限元數值模擬的方法對柱體隱身衣進行了全波分析。不久之後，美國杜克大學Smith課題組首次在實驗室製作了圓柱體微波隱身衣樣機。他們採用異向介質材料來實現隱身衣的電磁參數。該異向介質是由基板上鍍上銅製開口諧振環陣列構成，通過控制開口諧振環的結構參數，可以構造出等效介電常數和等效磁導率參數不同的、具有各向異性特性的等效介質。將這些等效介質在柱坐標系中按照一定要求放置，可以滿足圓柱體的隱身衣的參數要求。在實驗中，他們將柱體隱身衣分成10層，每層都由不同結構的開口諧振環陣列組成。實驗測量結果表明，被隱身衣包圍的柱體的前向散射和後向散射都可到了減小，因此在實驗上驗證了利用變換光學設計

隱身衣的原理的正確性和實現的可能性。

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