隱形斗篷
 

以後不用再煩惱要穿什麼了

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中國的研究人員曾一度對美國發明的隱形斗篷感到憂心，該隱形斗篷可遮蔽外界的視線，但同時也讓隱形斗篷內的人也無法觀看外界；如今，中國的研究人員已發明了一種稱之為抗斗篷遮蔽層(anti-cloaking layer)的技術，解決了隱形斗篷內無法觀看外界的問題。

在上海交通大學進行的一項實驗計劃中，抗斗篷遮蔽技術理論上適用於隱形斗篷內的物體，僅需將抗斗篷遮蔽層疊加在隱形斗篷上，便能讓隱形斗篷內的人看到外界。


然而，北卡羅萊納州立大學(North Carolina State University)的隱形斗篷共同發明人之一的David Schurig表示，抗斗篷遮蔽層是不必要的設計，因為隱形斗篷只能在特定的光波下使用。


Schurig表示："隱形斗篷確實能將你隱藏起來，但在特定光波下它同時也遮蔽了你的視線，因為這些光波無法穿透斗篷，因此你也無法從內部向外透視。然而，抗斗篷遮蔽層解決方案僅僅是使用其他光波達到透視效果。舉例來說，如同你擁有一件可以在可見光下工作的隱形斗篷，而你也可以利用紅外線達到對外透視的功能。"


Schurig是杜克大學(Duke University)的博士後研究員，於2006年參與隱形斗篷的研究開發。當時美國的研究人員們曾展示一件有效的隱形斗篷，它可在5平方英吋區域內遮蔽微波的探測。


另一個由杜克大學的Steven Cummer教授領導的獨立小組，隨後也展示了一個有效的聲學斗篷，可讓潛艇躲避聲納的探測。此外，美國能源部Ames實驗室的研究人員也展示了全球首款可見光隱形斗篷。


然而，所有的隱形裝置都需透過特定波段的電磁輻射讓物體免受外界探測，至今尚未有任何方案可以在所有光波下將物體隱形。


中國的提案只是一種理論，尚未證實其可行性，不過該技術曾在150mm的波長(頻率為2GHz)下進行模擬測試，並呈現良好的導電性。該次模擬利用了負折射率的異相光學材料(anisotropic optical material)。


隱形斗篷是透過將物體覆蓋在一種異向超介質(metamaterials)材料中而實現的，這種異向超介質憑藉著小於自由空間的介電常數和滲透率而具有多種折射率。透過排列這些超介質，其折射率能讓光波向上、環繞而後再度向下，而光波會繞過物體，因而實現了隱形效果。


俄羅斯理論學家Victor Veselago於1968年首度提出超常介質的理論，Veselago推論，波可與超常介質在某種形式下相互作用，其本質與具有正滲透性及介電常數的天然材料有所不同。


所有天然材料都會在可預期的方向內彎曲電磁輻射：即遠離垂直於材料表面的直線方向(遠離'法線')。另一方面，超介質也取代了週期性的力學結構，這種結構會迫使波在朝法線彎曲的路徑上傳導，因而使光波偏離物體。


工程界的超介質屬於複合材料，它以巨觀(macroscopic)物體取代了巨大結晶晶格中的原子，因而使被動元件陣列間距可設定有效的波長。


對微波頻率而言，鑲嵌在電介質材料上並安置在自由空間的RCL(電阻、電容器、電感)簡單陣列電路，可將微波指向任何特定路徑。


這項由中國研究人員開發的抗斗篷遮蔽層，是利用與隱形斗篷折射率阻抗匹配的異向超介質而實現。透過將抗斗篷遮蔽材料疊加在隱形斗篷上，只要一些光線在內部導引，隱形斗篷內的人就可透視外界。


這項中國研究是與香港科技大學的研究人員共同合作，並於Optics Express網站公佈。


(參考原文：China counters U.S. invisibility cloak，by R. Colin Johnson)