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        設計參考/Design Reference

        低成本打造隱身于可見光譜中的哈利波特隱形斗篷

        -----2015-03-18

        隱形斗篷開始出現于微波領域中,利用各種超穎材料在物體周圍曲折光線,從而使其隱身于微波中。盡管這將有助于隱藏導彈之類的物體免于雷達偵測,但截至目前為止,還沒有人能成功地開發出一款能像哈利波特(Harry Potter)一樣隱身于可見光譜中的隱形斗篷。

         

        如今,美國利桑那大學(University of Arizona)以微波驗證了這個概念,采用低成本的3D打印技術制造出隱形斗篷,并宣稱可擴展到可見光譜的范圍。此外,美國羅徹斯特大學(University of Rochester)的研究人員也在同一天發表利用一般透鏡就能在可見光波長下達到隱形的效果。

         

        “我們正致力于解決一些超穎材料的根本挑戰,而我們的結果將有助于未來的隱形斗篷研究與開發,”亞利桑那大學教授Hao Xin表示。

         

        (電子工程專輯)
        新式隱形斗篷利用主動式組件與被動式超穎材料,可望進一步縮減斗篷尺寸,使其更適合個人使用。(來源:Arizona University)

         

        當其他研究人員正致力于解決僅使用被動超穎料打造隱形斗篷的問題時,亞利桑那大學的研究人員們則采取一種將主動式半導體(以電池供電的穿隧二極管)整合于3D打印斗篷的途徑。

         

        Hao Xin利用3D打印機,以結合金屬、塑料以及專用物質的超穎材料制造出帶有細微銅導線電路板的多孔塑料球體,證實了這一概念的可行性。在以精確的幾何圖案進行配置時,研究人員利用負向折射曲折物體周圍的波形。

         

        “我們將主動式半導體組件整合于可補償損耗甚至提供增益的被動結構中,從而擴展了帶寬以及提供更多的設計自由度,”Xin表示。

         

        截至目前為止,Xin僅利用一些具有增益的超穎材料電池,在3D打印機打造出小型的隱形斗篷原型。下一步,他打算研究如何利用增益提高超穎材料電池的數量,從而使大型的物體得以遁形,最終打造出實際的應用。

         

        “我們最終希望能利用這種技術打造出大規模的對象,但其中的一項挑戰是如何確保這種超穎材料的穩定性,特別是針對使用幾百顆或更多電池單元的大規模對象,”Xin表示,“未來我們將進一步探索提高這種超穎材料帶寬的可能性。”
         

        除了目前僅能用于美國國防部作為隱形材料以外,Xin希望該技術也能在其他領域開啟更多應用。“我們希望找到其他現實應用并加以建置,例如精巧且高性能的天線、生物醫學成像設備,以及其他有關無線通信與感測領域的諸多應用。”Xin預計在他的有生之年將能看到可見波長的隱形斗篷。

         

        另一組在羅徹斯特大學的研究人員則迫不及待地希望盡快開發出可見光隱形斗篷,他們利用的是一般透鏡來達到隱形的效果。

         

        (電子工程專輯)
        羅徹斯特大學的研究人員利用普通透鏡,開發出隱身于可見光譜中的隱形斗篷。(來源:Adam Fenster,University of Rochester)

         

        以羅徹斯特大學教授John Howell、博士候選人Joseph Choi為主導的這項研究,利用了4片透鏡打造出所謂的“多向完美近軸”(perfect paraxial)隱形斗篷。研究人員們表示其設計概念來自于《哈利波特》小說中隱形斗篷的啟發。但是,研究人員們能夠以更低的成本達到類似采用超穎材料的效果。

         

        “我們利用了現成的材料,開發出首款多方向的隱形組件,”Choi在表示。

         

        研究人員們將這款隱形斗篷稱為“羅徹斯特斗篷”(Rochester Cloak),只需曲折隱形物體周圍的光線,就能使這款隱形斗篷伸縮成任意尺寸,而且能夠隱形于所有的可見光波長范圍。不過有一個缺點是它必須密集聚焦于透鏡的中央傳送光線,顯示在軸在線的區域可能無法被覆蓋掉。


         

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