隐形斗篷

来源 :麻省理工科技创业 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wayaya001
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  我来自新加坡南洋理工大学,今天在这里给大家谈谈关于隐形斗篷和转换光学的话题。先给大家介绍一下我自己,我在清华大学获得学士学位,当时我所研究的对象频率是非常低的。后来我在麻省理工学院获得了博士学位,2009年毕业以后到了SMART中心。这是麻省理工和新加坡的联合研究中心,也是MIT的第一个海外研究中心。在这里我研究的是光学,研究领域改变了,但遵循的规律都是同一个麦克斯韦方程。
  有的无线路由器在电路板周围内置了若干天线,2008年以后这些天线变得越来越小了,这样的技术就利用了我们转换光学中的原理。LG公司很快购买了这种技术,并用在了他们的Chocolate b140手机里面。大家应该记得在2010年,iPhone4出现了一些天线的问题,要把天线占据的空间缩小并不是一个简单的事情。
  我们来看一下这个例子,转换光学可以有多种应用,如果我们可以压缩其极限做出隐身斗篷,也可以扩展其极限用于高清成像。
  转换光学的思路跟传统方法是不同的,传统上首先我们拿到材料,再考虑它可以做什么。比如说我们发现玻璃可以聚光,就用玻璃做镜头。再比如说我们先研究光子晶体,之后的是需要什么,然后再考虑哪一种材料是我需要的,能够帮我带来这种功能。问题是我们怎么样从功能出发寻找材料呢?
  我们可以看看空间里面的光线变化,假设空间本身是弹性的,如果我们把空间扫曲了,其中的光线就也会弯折,因为整个空间已经是弯曲的了。如果我们发现这个空间曲折的方式跟某一种材料的不均匀结构特征是一致的,所以我可以同样的有这种结构的材料,来实现我想要的空间扭曲。这就是我刚才讲的从功能到材料的反向设计考虑制造光子晶体的光纤。而转换光学的过程是相反的,我们首先要考虑的功能,首先要想过程。而我要做的事情就是把这种方法和传统的从材料到功能的设计过程结合起来,因为这种反向的设计尽管理念是很好的,但是有的时候还不够。我们在考虑到了想要的功能之后,我们重新考虑一下我们手头上的材料,再从材料考虑功能,形成一个环路,最后带来一个简单的解决方案。
  至于什么是隐形,光照射在物体上会发生反射,物体后面会形成阴影,我们可以看到物体,是因为看到了反光或是看到了影子。大家现在已经知道如何消除反射光,比如说用一些吸光的材料,这样就可以避免物体反光。但是后面的阴影怎么办呢?你能够看到阴影就意味着还是可以看到物体。但如果我们可以引导光从物体周围绕过去,就可以把阴影也消除掉。有些人已经根据这个设想设计了材料,但只有在单一波长上才可以,因此是没有直接的用处的。
  为什么要做到这点很难呢?这需要材料具有两个方面的性质,各向异性或非均匀性。
  改变电磁场的空间位置基本就可消除阴影。我们做了很多试验证实这个理论,但是借助材料的非均匀性扭曲电磁场的方法只适合较小的物体。要是想要大一些物体实现隐身怎么办呢?我们可以转而求助于材料的各向异性来扭曲电磁场,使得物体下面的空间如同压缩了一样。如照片中展示的,我们可以看到粉红色的物体实际是一个纸卷,放在这个小台子上。然后我用了两块具有各向异性的材料模拟空间的扭曲,就把模拟的扭曲空间放在纸卷的中间,可以看到这个纸卷中间的阴影也被消除了,这一段纸卷基本上隐形了,这就是一个微型的隐形斗篷的概念。这个方法的成本非常低,非常地简单,可以在家里做这样的试验,也适用于更大的物体。
  基于这个原理我们可以开发许多实际的应用,比如说改进表面离子体波导,减少波在拐角处的散射损失,从而令信号转换速度可以变得非常地快。
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