美科学家设计出新光学材料隐形斗篷迈入可见光波段

2021-11-08 22:46:22
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  【摘要】    美国科学家设计出一种光学材料,并证实该材料在可见光频谱范围具有部分隐形(partial invisibility)的能力。该团队相信此设计能够证

   美国科学家设计出一种光学材料,并证实该材料在可见光频谱范围具有部分隐形(partial invisibility)的能力。该团队相信此设计能够证实基本电磁斗蓬(electromagnetic cloaking)理论的正确性,同时也为迈向理想中的完美隐形踏出了第一步。

   马里兰大学的Christopher Davis表示,他们是第一个证实在可见光波段存在部分稳形能力的研究团队。该小组已设计出具有部分隐形能力的2D材料,相信同样的设计原理可以应来达成3D隐形。

   为了要达到隐形,该团队必须巧妙的控制电力线与磁力线的分布,因此需要一个同时具有正确电容率(permittivity)与磁导率(permeability)的材料。最近的电磁斗蓬理论设计多半是针对微波范围,要将操作频率推广到可见光波段并不容易。Davis解释,电磁隐形必须藉助于负磁导率,然而负磁导在光学这么高频的范围很难达到。

   Davis等人采用等离子超材料(plasmonic metamaterials),其等离子(2D表面光波)会自然表现出负折射率的特性。Davis指出,传统上科学家需要针对横向电场(TE)偏振设计磁导率,针对横向磁场(TM)偏振设计电容率。然而表面等离子波只有一种偏振状态,控制其电容率就可以作出一个简单的隐形设计。

   马里兰的等离子超材料是由数个沉积在金薄膜上的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)同心圆环所组成,等离子传播时会连续通过金-空气与金-PMMA构成的区域,这些区域具有相反的折射率。Davis解释,具有正负折射率的相连条纹区域,会使等离子沿着曲线路径传递,而这种让光行进方向弯曲绕过给定区域的能力是隐形的必要条件。

   该研究团队下阶段的目标是将隐形斗蓬的尺寸提升到约100个波长。Davis表示,目前他们在实验上只能让1个波长的物体隐形,想要让隐形的范围更大,超材料的损耗必须非常小。详见Optics Letters 33 1342 (2008)。