En jævnstrøm (DC) fjernbetragtning til at skjule vilkårlige objekter

Evnen til at skjule et vilkårligt objekt med en kappe i en afstand fra objektet er en unik opgave inden for fotonisk forskning, selvom fænomenet endnu ikke skal realiseres i praksis. I en nylig undersøgelse nu offentliggjort i Lys:Videnskab og applikationer , Tianhang Chen og kolleger på Key-laboratoriet for Micro-Nano Electronics og Smart Systems, og State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation i Kina foreslog den første eksperimentelle realisering af en fjerntliggende tilslagsindretning. Enheden kan gøre ethvert objekt placeret på en bestemt afstand usynlig ved hjælp af en jævnstrøm (DC) frekvens.

De inkluderede et negativt modstandsnetværk med aktive elementer for at opnå fjernfunktion af DC -kappen. Baseret på netværket, Chen et al. var i stand til eksternt at generere en skjult region ved hjælp af kappen, uden at forvrænge strømme langt fra det tildækkede område, så objektet kunne fortsætte med at interagere med sit miljø. Arbejdet viste, at ethvert objekt i det skjulte område var usynligt for en DC -detektor, og kappen krævede ikke forudgående kendskab til objektet, så det kunne skjule et vilkårligt objekt. Forskerne viste overlegenheden af ​​fjernbetjeningsindretningen til potentielle fremtidige anvendelser inden for medicinsk eller geologisk forskning.

Transformationsoptik kan bruges til at konstruere en kappe, der leder elektromagnetiske bølger til at omgå det tilslørede område uden forstyrrelser. Tidligere forskning om kapper og illusionsenheder involverede omslutning af enheden, forhindrer dets interaktion med det ydre miljø, såvel. For at løse dette problem, forskere foreslog en fjern kappe, der kunne skjule et objekt på afstand, baseret på begrebet et 'anti-objekt, 'hvor spredning af det skjulte objekt blev annulleret af' anti-objektet '. Resultaterne blev opnået på afstand, mens det skjulte objekt bevarede rumkontinuitet med baggrundsmiljøet. Imidlertid, denne 'anti-objekt' kappe var kun designet til et skjult objekt med kendte dimensioner eller parametre, derfor, små ændringer i objektstørrelse, form og dens position forringet den nøjagtige restaurering af hændelsesfeltet. 'Anti-objektet' kan derfor ikke skjule vilkårlige objekter, som en konventionel kappe kan.

For at overvinde denne begrænsning, forskere har tidligere foreslået en flerfoldig transformationsoptikmetode til at designe fjernbetrækning for at skjule objekter med vilkårlige former. Endnu, sådanne designs krævede dobbeltnegative materialer, der er meget vanskelige at realisere. Som resultat, eksternt at skjule vilkårlige objekter er stadig på et konceptuelt stadie og skal stadig demonstreres eksperimentelt. I denne undersøgelse, Chen et al. foreslog den første eksperimentelle realisering af en fjernindretning til at skjule et vilkårligt objekt med en kappe ved hjælp af jævnstrømsfrekvens. De designede den eksterne DC-tilslagsenhed med flerfoldet transformationsoptik og realiserede et negativt modstandsnetværk med aktive elementer for at spille en vigtig rolle for at implementere fjernbetjeningen af ​​DC-kappen. Kappen kunne eksternt generere et skjult område uden at forvride strømmen. Forskerne viste, hvordan forskellige objekter i den skjulte region var usynlige.

I den eksperimentelle opsætning, Chen et al. sammenlignede to slags tilsløring; herunder en lukket, konventionel kappe og fjernbetrækning ved DC -frekvens. En fjernkappe kunne konstrueres med et element eller med flere elementer, og undersøgelsen brugte to elementer som et eksempel. Forskerne omdannede først det frie rum til en firkantet kappe, efterfulgt af en anden transformation for at folde den firkantede kappe for at åbne den. Den skjulte region i det nuværende arbejde bevarede stadig rumkontinuitet med baggrundsmiljøet, mens den er fuldstændig isoleret fra uden for nuværende felter, gør det muligt for ethvert vilkårligt statisk objekt i det skjulte område frit at bevæge sig inde i området, mens det forbliver usynligt. Fænomenet rapporteret af Chen et al. adskiller sig fuldstændigt fra tidligere DC -kapper, hvor kappeudførelsen var afhængig af form og ledningsevne af det skjulte objekt.

Forskerne udførte simuleringer af kappen med den endelige elementmetode analyse ved hjælp af COMSOL Multiphysics software. Den simulerede strøm flød fra punktkilden gennem kappen. Chen et al. brugte en stabil strømkilde i øverste højre hjørne af simuleringen og simulerede potentialefordelingen, hvor strømmen flød fra en punktkilde i tre forskellige scenarier. For at verificere kappens objektuafhængige ydeevne, Chen et al. testet yderligere to skjulte objekter; en firkantet isolator og en cirkulær leder. De målte det elektriske potentiale sammenlignet med tilfælde af baggrunden og objektet alene, for fremragende aftale mellem de to; hvilket angiver, at tilsløringseffekten var uafhængig af objektets størrelse og form.

For at demonstrere den omnidirektionelle effekt af fjernbetrækningen, Chen et al simulerede den faste strømkilde i en anden position i forhold til kappen, og tilslagsindretningen fungerede stadig som forventet. Imidlertid, de viste, at når afstanden mellem kappen og genstanden steg, kappen involverede flere negative parametre. Derfor, beregningskompleksiteten og hukommelsesforbruget steg også i simuleringen. I alt, simuleringerne genereret i undersøgelsen gav et eksempel til at verificere konceptet med fjernkappen.

For eksperimentelt at demonstrere konceptet, Chen et al. designet og fremstillet den fjerntliggende kappe -prøve. Kappen krævede anisotrop og negativ ledningsevne for at realisere de komplekse medier. Forskerne brugte "mesh-baseret" transformationsoptik til at designe anisotrop ledningsevne, mens du bruger et negativt medium med aktive elementer til at designe negativ ledningsevne. De observerede, at DC -negativt ledningsevne -materiale gav potentiel 'stigning', når strømmen passerede materialet. Ved DC -frekvens, modstanden og kilden kunne kombineres og forenkles til en enkelt kilde med en strømforsyning. At praktisk realisere sådanne effektive negative medier, forskerne forsynede det nødvendige elektriske potentiale med en spændingsfølger. For praktisk at implementere eksperimenterne, de anvendte fire printkort for at opfylde de negative modstande.

For at kontrollere enhedens ydeevne, forskerne fremstillede hele printkortet i en størrelse på 60 x 60 cm og opnåede den nødvendige elektriske ledningsevne med overflademonterede enhed (SMD) modstande. De designede derefter de negative medier, tilsluttet genstand og grænsematchning med uafhængige printkort adskilt fra hovedkortet for nem udskiftning. Forskerne målte resultaterne for tre forskellige skjulte objekter, herunder en cirkulær leder og firkantet isolator. I resultaterne, ækvipotentiale linjer viste sig "runde", som om intet var der, at angive, at det eksperimentelle design fungerede passende i praksis. Resultatet var muligt, da den eksperimentelle opsætning annullerede forvrængningen forårsaget af de forskellige skjulte objekter for at indikere god tilsløring funktionalitet. Resultatet blev yderligere styrket, da Chen et al. analyserede det elektriske potentielle henfald fra kilden til de tre forsøg, hvor resultaterne stemte godt overens med baggrunden uden objekt. Udførelsen af ​​den foreslåede fjernkappe var uafhængig af objektet.

På denne måde, Chen et al. eksperimentelt demonstreret en fjern kappe, der virkede for vilkårlige objekter i en afstand ved hjælp af DC -frekvens for første gang. Da de elektroniske komponenter, de brugte, var DC -statiske elementer, kappen var meget mere stabil end dem, der var konstrueret med høje frekvenser. Mest vigtigt, kappen var i stand til at lede elektriske strømme rundt om et skjult objekt ved hjælp af aktive elementer, da objektet opretholdt fysisk forbindelse til sit miljø. For eksempel, sådanne vilkårlige objekter kan begraves under jorden med en tilslagsindretning, der er indsat på objektet på afstand for at være usynlig under geologiske strømfølere til applikationer inden for geologisk forskning. Ud over, kappen kan have potentielle anvendelser inden for medicin for at forhindre interferens på implanterede enheder in vivo.

© 2019 Science X Network