Spektral tilsløring kunne gøre objekter usynlige under realistiske forhold

Forskere og ingeniører har længe søgt måder at skjule objekter ved at manipulere, hvordan lys interagerer med dem. En ny undersøgelse tilbyder den første demonstration af usynlige tilsløring baseret på manipulation af frekvensen (farve) af lysbølger, når de passerer gennem et objekt, en grundlæggende ny tilgang, der overvinder kritiske mangler ved eksisterende tilsløringsteknologier.

Fremgangsmåden kan være anvendelig til sikring af data, der overføres over fiberoptiske linjer, og kan også hjælpe med at forbedre teknologier til registrering, telekommunikation og informationsbehandling, siger forskere. Konceptet, teoretisk set kunne udvides til at gøre 3D-objekter usynlige fra alle retninger; et vigtigt skridt i udviklingen af ​​praktiske usynlige tilsløringsteknologier.

De fleste nuværende tilslagsanordninger kan kun helt skjule objektet af interesse, når objektet er oplyst med kun en lysfarve. Imidlertid, sollys og de fleste andre lyskilder er bredbånd, hvilket betyder, at de indeholder mange farver. Den nye enhed, kaldet en spektral usynlighedskappe, er designet til helt at skjule vilkårlige objekter under bredbåndsbelysning.

Spektralkappen fungerer ved selektivt at overføre energi fra visse farver i lysbølgen til andre farver. Efter at bølgen er passeret gennem objektet, enheden gendanner lyset til sin oprindelige tilstand. Forskere demonstrerer den nye tilgang i Optica , The Optical Society's journal for high impact research.

"Vores arbejde repræsenterer et gennembrud i jagten på usynlighedskappe, "sagde José Azaña, National Institute of Scientific Research (INRS), Montreal, Canada. "Vi har gjort et målobjekt fuldstændigt usynligt for observation under realistisk bredbåndsbelysning ved at sprede belysningsbølgen gennem objektet uden påviselig forvrængning, præcis som om objektet og kappen ikke var til stede. "

At overvinde tidligere forhindringer

Når du ser et objekt, hvad du virkelig ser er måden, hvorpå objektet ændrer energien i de lysbølger, der interagerer med det. De fleste løsninger til usynlighedstæthed involverer ændring af de stier, lyset følger, så bølger formerer sig rundt, frem for gennem, et objekt. Andre tilgange, kaldet "tidsmæssig tilsløring, "manipulere med lysets formeringshastighed, så objektet midlertidigt skjules, når det passerer gennem lysstrålen i løbet af en foreskrevet tidsperiode.

I begge tilgange, forskellige farver på en indkommende lysbølge skal følge forskellige veje, når de bevæger sig gennem tilsløringsenheden, og dermed tager forskellige tid til at nå deres destination. Denne ændring af bølgens tidsmæssige profil kan gøre det klart for observatører, at noget ikke er, som det skal være.

"Konventionelle tilslusningsløsninger er afhængige af at ændre udbredelsesvejen for belysningen omkring det objekt, der skal skjules; på denne måde, forskellige farver tager forskellige mængder tid at krydse kappen, resulterer i let påviselig forvrængning, der giver væk tilstedeværelsen af ​​kappen, "sagde Luis Romero Cortés, National Institute of Scientific Research (INRS). "Vores foreslåede løsning undgår dette problem ved at lade bølgen forplante sig gennem målobjektet, frem for omkring det, samtidig med at man undgår enhver interaktion mellem bølgen og objektet. "

Omarrangere farver

Azaña og hans team opnåede dette ved at udvikle en metode til at omarrangere forskellige farver på bredbåndslys, så lysbølgen formerer sig gennem objektet uden egentlig at "se" det. At gøre dette, tilslagsindretningen flytter først farverne mod områder i spektret, der ikke vil blive påvirket af forplantning gennem objektet. For eksempel, hvis objektet reflekterer grønt lys, så kan lyset i den grønne del af spektret blive flyttet til blåt, så der ikke ville være noget grønt lys for det at reflektere. Derefter, når bølgen har ryddet objektet, kappeanordningen vender skiftet, rekonstruere bølgen i sin oprindelige tilstand.

Teamet demonstrerede deres tilgang ved at skjule et optisk filter, som er en enhed, der absorberer lys i et foreskrevet sæt farver, samtidig med at andre lysfarver kan passere igennem, at de oplyste med en kort puls af laserlys.

Tilslagsindretningen var konstrueret af to par af to kommercielt tilgængelige elektro-optiske komponenter. Den første komponent er en dispersiv optisk fiber, hvilket tvinger de forskellige farver på en bredbåndsbølge til at rejse med forskellige hastigheder. Den anden er en tidsmæssig fasemodulator, som ændrer den optiske lysfrekvens afhængigt af hvornår bølgen passerer gennem enheden. Et par af disse komponenter blev placeret foran det optiske filter, mens det andet par blev placeret bag det.

Eksperimentet bekræftede, at enheden var i stand til at transformere lysbølgerne i det frekvensområde, der ville have været absorberet af det optiske filter, vend derefter processen helt om, da lysbølgen forlod filteret på den anden side, får det til at se ud som om laserpulsen havde forplantet sig gennem et ikke-absorberende medium.

Sætter kappe til brug

Selvom det nye design ville have brug for yderligere udvikling, før det kunne oversættes til en Harry Potter-stil, bærbar usynlighedskappe, den demonstrerede apparat til tilsløring af spektral kan være nyttig til en række sikkerhedsmål. For eksempel, nuværende telekommunikationssystemer bruger bredbåndsbølger som datasignaler til at overføre og behandle information. Spektral tilsløring kunne bruges til selektivt at bestemme, hvilke operationer der påføres en lysbølge, og hvilke der "gøres usynlige" over den over bestemte tidsperioder. Dette kan forhindre en aflytter i at indsamle oplysninger ved at undersøge et fiberoptisk netværk med bredbåndslys.

Det overordnede koncept om reversibel, brugerdefineret omfordeling af spektral energi kunne også finde applikationer ud over usynlighedsklædning. For eksempel, selektiv fjernelse og efterfølgende genindførelse af farver i de bredbåndsbølger, der bruges som telekommunikationsdatasignaler, kunne muliggøre overførsel af flere data over et givet link, hjælper med at afhjælpe logjams, da datakravene fortsat vokser. Eller, teknikken kunne bruges til at minimere nogle vigtige problemer i dagens bredbåndstelekommunikationsforbindelser, for eksempel ved at omorganisere signalenergispektret for at gøre det mindre sårbart over for spredning, ikke -lineære fænomener og andre uønskede effekter, der forringer datasignaler.

Mens forskerne demonstrerede spektral tilsløring, da objektet kun blev belyst fra en rumlig retning, Azaña sagde, at det burde være muligt at udvide konceptet til at gøre et objekt usynligt under belysning fra alle retninger. Teamet planlægger at fortsætte deres forskning mod dette mål. I mellemtiden, teamet arbejder også på at fremme praktiske applikationer til envejs spektral tilsløring i endimensionale bølgesystemer, f.eks. til fiberoptikbaserede applikationer.