Realisering af en ideel rundstrålende usynlighedskappe i frit rum

Et hold ledet af prof. Dexin Ye og prof. Hongsheng Chen fra Zhejiang University og prof. Yu Luo fra Nanyang Technological University forskede i den praktiske implementering af optiske enheder til transformation af fuld parameter. Baseret på den lineære transformationsoptik og konstitutionsteorien om omnidirektionelt matchede transparente metamaterialer, designede og implementerede forskerholdet en omnidirektional usynlighedskappe med fuld parameter, der er i stand til at skjule store objekter i frit rum.

Dette arbejde er blevet offentliggjort i National Science Review med titlen "Optiske enheder til omnidirektionel transformation med fuld parametre," med Dr. Yuan Gao fra Zhejiang University som den første forfatter, Prof. Yu Luo, Prof. Hongsheng Chen og Prof. Dexin Ye som tilsvarende forfattere.

I 2006 foreslog prof. Pendry fra Imperial College London transformationsoptikken, som beskriver overensstemmelsen mellem udbredelsen af ​​elektromagnetiske (EM) bølger og de konstituerende parametre for materialer, hvilket giver en universel og kraftfuld metode til at kontrollere EM-bølger.

Det sidste årti har været vidne til den hurtige udvikling af transformationsoptik, hvorigennem forskellige nye optiske enheder såsom usynlighedskapper, elektromagnetiske illusionsenheder og koncentratorer er blevet designet. De konstitutive parametre for transformationsoptikmedier er imidlertid anisotrope og generelt inhomogene eller med entydige værdier, hvilket gør dem vanskelige at implementere.

For eksempel har de omnidirektionelle usynlighedskapper, der hidtil er blevet eksperimentelt implementeret, altid undergået nogle forenklinger på de materielle parametre. De forenklede designs ofrer impedanstilpasningen og forringer dermed ydeevnen af ​​de optiske transformationsenheder.

For at løse disse problemer designet forskergruppen en 2D fuldparameter omnidirektionel plan usynlighedskappe bestående af kun to homogene materialer baseret på lineær transformationsoptik. De konstitutive parametre for det første materiale er anisotrope med både nul- og ekstreme værdier, og EM-bølgerne, der udbreder sig i den optiske retning, har en uendelig fasehastighed.

Dette materiale bruges til at gøre det muligt for EM-bølgen at omgå et tilsløringsområde med omnidirektionel impedanstilpasning og nulfaseforsinkelse. Det andet materiale besidder også anisotrope konstitutive parametre for at opnå fasekompensation med omnidirektionel impedanstilpasning, og EM-bølgerne, der udbreder sig i den optiske retning, har en subluminal fasehastighed.

I den eksperimentelle verifikation implementerede forskere disse to materialer med fuld-parameter konstitutive parametre for den TM-polariserede bølge.

Den første blev realiseret ved hjælp af metalliske patch-arrays med underbølgelængde med Fabry-Pérot-resonans, mens den anden blev opnået med strukturerne bestående af traditionelle I-formede elektriske resonatorer og splitring-resonatorer.

Til sidst målte forskerne de magnetiske felter omkring den omnidirektionelle kappe med fuld parameter bestående af de to foregående materialer under TM polariserede bølgeindfald i forskellige vinkler, hvilket demonstrerede fremragende usynlighed.

Denne undersøgelse demonstrerede den første omnidirektionelle usynlighedskappe med fuld parameter i frit rum, som kan skjule et objekt i stor skala til vilkårlig indfaldende belysning. Den implementerede kappe kan umiddelbart bruges til at undertrykke spredningstværsnittet af målet i radarkommunikation og bistatisk detektion.

Den tilgang, der præsenteres i dette arbejde, har også vidtrækkende implikationer for de praktiske implementeringer af andre optiske enheder til transformation af fuld parameter.

Flere oplysninger: Yuan Gao et al, optiske enheder til omnidirektionel transformation med fuld parameter, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad171

Leveret af Science China Press