關於神秘的隱形術,在以往不少科幻小說和科幻電影中,出現了許多大膽的猜測,比如,哈利・波特就有一件“隱身斗篷”,穿上之後能立即從他人的視線內消失 。 多年以來,科學家們一直努力將科幻變為現實,加拿大的研究者最新研製出一種隱形裝置,可使物體首次“完全隱形”,甚至可在自然光條件下將物體處於完全隱形,而不僅僅是 在實驗室條件下。
舊版“隱身衣”
隱形方法:操控圍繞在物體周圍的光線
效果:只對特定顏色的光隱形,或出現失真
此前,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。
早期的技術通常是通過操控圍繞在物體周圍的光波來影響光線與物體之間的相互作用,而非令光波直接穿過物體。 不同顏色的光會以不同的路徑環繞物體,在不同的時間到達它們的目的地。 這樣的結果就是會帶來某種程度的失真,因此早期的實驗中,物體實際上並不是完全不可見的。 另一些技術不會產生失真現象,但只限於在實驗室中的一種顏色的光下才會變得隱形。
新版“隱身衣”
隱形方法:控制光波穿過物體時的光頻率
效果:在自然光下完全“消失”
隱形裝置色散光纖和時間相位調製器構成。 色散光纖使光束以不同速度傳播,逐漸分解成為不同的顏色。 時間相位調製器能改變光線光學頻率,將一種顏色改變為另外一種顏色。
據《每日郵報》報導,加拿大國家科學研究所的研究人員已經開發出一種利用各種可見光頻率的光譜隱身技術。
在《光學設計》雜誌上日前發表的一項新研究中,由電信工程師約瑟・阿扎納領導的研究人員開發了一種新設備,可以通過控制光波穿過物體時的光頻率,使物體 隱形。
當光線通過物體時,該裝置通過將一個頻率的光轉換為另一個頻率來工作。 一旦它通過後,頻率就會恢復到原來的狀態。 最終,抵達觀察者視線的光線幾乎與另一側的光線完全相同,從而導致物體在白天“消失隱形”。
舉例而言,如果這個物體是綠色的,它將轉換任何綠色光線波長至藍色光線波長,從而掩蓋綠色物體的存在。
該設備有前後兩個組件,這些元件的工作原理是先讓光頻率以不同的速度移動,然後在光穿過物體時改變特定的頻率。
新的突破>>
光學濾鏡也是隱形的
在試驗中,研究人員使用該裝置使光學濾光器在被光束照射時不可見。 光學濾鏡可反射某些顏色的光,同時讓其它顏色通過,這樣就能產生一個在激光照射下隱形的光學濾鏡,就好像目標物體和隱形裝置並不存在。
還有不足>>
只能在一個方向進行
不過,光譜偽裝目前只能從一個方向進行。 觀察者必須站在光的路徑上,這樣物體才會對他而言是不可見的。 研究人員表示,未來將對該設備進行編碼,使其能修改整個可見光譜中的所有頻率,讓一個物體無論從什麼方向看都是隱形的。 宗合
原理解析
紅蘋果是怎麼被看到的?
在光譜中,人們可以探測到的頻率範圍就是可見光,它本身包含不同的頻率,顏色範圍包括一端的紅色到另一端的紫色。
當一個人看見一個物體時,他實際上看到的是光和物體之間的相互作用。 例如,當一個人看到一個紅蘋果,實際上看到的是一個蘋果反射太陽的紅光頻率,而其它的顏色都穿透了。 這就是除了紅色之外看不到其它顏色的原因。
綠蘋果是怎麼被“隱身”的?
如果有一個綠色的蘋果,當光線穿過蘋果時,光譜隱身裝置會把綠色的光頻率轉移到另一個頻率。 一旦光線通過蘋果後,綠光頻率就會被移回到原來的位置,使綠蘋果變得不可見。
這一最新隱形裝置是由兩種組件構成――色散光纖和時間相位調製器,放置在濾光器的前面和後面。
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。
專家解讀
“完全隱身”是如何做到的?
“超材料”欺騙人眼,使物體對光波的作用消失
“隱身衣”到底是怎樣實現“隱身”的? 記者採訪了南京航空航天大學理學院副教授李晉斌。 李老師介紹,在了解“隱身”的原理之前,先要弄懂一個基本知識點,人是怎樣看到物體的。 “人之所以能夠看到物體,是因為光照射到物體上會被阻擋、吸收或反射,使得光線原來的傳播方向發生了改變。”
所以,在“光線傳播”上動腦筋,成了“隱身衣”起作用的關鍵所在。 李晉斌告訴記者,在之前關於隱身產品的大量研究中,一般只能針對某種特定波長恢復其原來的光線傳播,以達到對該波長的隱身。 但由於光線的波長一般不止一種,這種隱身效果也並不理想。 最新研製的“光譜隱身設備”,能夠在自然光的波長范圍內完全隱身,也就成了這款隱形裝製的最大“賣點”。
與之前的研究不同,記者了解到,這款“光譜隱身設備”通過消除光波穿過物體時的殘留痕跡而實現。 過程中,物體被包裹在前後兩個由特定超材料製作的光纖層中,前面的光纖層負責記錄下此刻自然光的強度、顏色、波長、方向等信息,後面的光纖層則可監測到穿過 物體後光波的變化,然後通過改變光波特性,還原到光波最初狀態。 拿一個綠色蘋果舉例,當自然光穿過它時,其他顏色都被吸收,只有綠色的光被反射出來。 而如果給這個綠色的蘋果穿上“光譜隱身衣”,光纖層就會發現光線中的綠色光波增多,並自動將任何綠色光線波長轉換至其他顏色光線波長,從而掩蓋了蘋果的存在。
光學原理下,這種超材料使物體對光波的作用完全消失了,人眼所看到的相當於光沒有穿過物體,或者是光穿過物體前的情況。 並且這種超材料還能對更寬範圍的波長發生作用,真正實現完全隱身。
“超材料”的提法,部分讀者也許並不陌生。 我國殲-20隱身技術水平領先美國F22,就是通過改變之前隱身外形和噴塗隱身材料的方法,利用超材料實現了真正的雷達隱身。 李晉斌表示,雖然軍事領域的“超材料”和“隱身衣”的“超材料”不能完全劃等號,但都隸屬於“超材料”廣義的概念中。 作為一種具有超常物理性質的人工複合結構或複合材料,超材料被譽為“材料產業’皇冠上的明珠’”,是當前國際上應用於現代高端裝備領域最熱門的新興技術之一,更 是我國高度重視的研究領域。 憑藉著更好的隱身效果,隱身超材料也正在飛機、艦船、導彈、坦克等軍事應用領域發揮著越來越重要的作用。 實習生 任博文
揚子晚報全媒體記者 楊甜子