浙江大学叶德新教授、陈洪生教授和南洋理工大学罗宇教授领导的团队对全参数变换光学器件的实际实现进行了研究。研究团队基于线性变换光学和全向匹配透明超材料构成理论,设计并实现了一种能够隐藏自由空间中大型物体的全参数全向隐形斗篷。
该工作以“全参数全向变换光学器件”为题发表在《NationalScienceReview》上,浙江大学高远博士为第一作者,罗宇教授、陈洪生教授和叶德新教授为通讯作者。
2006年,伦敦帝国理工学院的Pendry教授提出了变换光学,它描述了电磁波的传播路径与材料本构参数之间的对应关系,为控制电磁波提供了一种通用而有力的方法。
过去十年见证了变换光学的快速发展,通过变换光学设计了隐形斗篷、电磁错觉装置、聚光器等各种新型光学器件。然而,变换光学介质的本构参数具有各向异性,且通常不均匀或具有奇异值,使其难以实现。
例如,迄今为止已经实验实现的全向隐形斗篷,总是在材料参数上进行一些简化。简化的设计牺牲了阻抗匹配,从而降低了变换光学器件的性能。
针对这些问题,课题组设计了一种二维全参数全向平面隐形斗篷为了解决这些问题,研究组基于线性变换光学。第一种材料的本构参数是各向异性的,既有零值也有极值,并且沿光学方向传播的电磁波具有无限相速度。
该材料用于使电磁波能够绕过隐身区域,并具有全向阻抗匹配和零相位延迟。第二种材料还具有各向异性本构参数,以实现全向阻抗匹配的相位补偿,并且沿光学方向传播的电磁波具有亚光速相速度。
在实验验证中,研究人员对这两种材料实现了TM偏振波的全参数本构参数。
第一个是利用具有法布里-珀罗谐振的亚波长金属贴片阵列实现的,而第二个是由传统的工字形电谐振器和开环谐振器组成的结构实现的。
最后,研究人员测量了由前两种材料组成的全参数全向斗篷在不同角度的TM偏振波入射下周围的磁场,表现出了优异的隐形性能。
这项研究展示了自由空间中第一个全参数全向隐形斗篷,它可以隐藏任意入射照明的大型物体。所实现的斗篷可以立即用于抑制雷达通信和双基地检测中目标的散射截面。
这项工作中提出的方法对于其他全参数变换光学器件的实际实现也具有深远的影响。