隐形：从微波到可见光的跨越

直到前不久，浙江大学陈红胜教授团队研制出隐形器件横空出世，终于让隐形在可见光波段得到了一定程度的实现。然而这种隐形也是不完美的，只有从六边形隐形器件正对六条棱角的方向看过去，才有比较好的隐形效果，此外隐形器件本身也并不能隐形。

2、可见光尺度的隐形

负折射率材料要么是在纳米尺度上让可见光和近红外光弯曲，要么只能弯曲微波。而人们想要的，是在肉眼可见的尺度上实现可见光的转弯

陈红胜研究团队工作人员、博士郑斌整理一件隐身装置。新华社发

陈红胜团队的创新之处在于，他们实现了可见光波段的物体隐形。

为什么我们能“看”到物体？当光线照射到物体上时，会在物体上发生散射。散射的光线被人眼等“感应器”接收，就能识别那里存在的物体。

陈红胜介绍，目前应用的隐形技术，大部分是通过吸收电磁波，让反射回去的电磁波达到最小。隐形飞机等就是应用这种方法。

但是在可见光频段，这种技术就相当于给物体穿了一件不反射光波的黑色衣服一样，在黑暗的背景中不会被发现，但是在明亮的背景中却更显眼。

乌尔夫·莱茵哈特和约翰·彭德利在论文中提出，利用坐标变换的方法设计隐身衣，既不反射也不吸收电磁波，而是使电磁波绕过被隐身的区域，按照原来的方向传播，从而使物体隐形。这种隐形途径为其他研究者打开了思路。

光线沿直线传播是众所周知的事实，科学家们真的能让光线转弯吗？事实证明是可以的。这其中涉及负折射率材料。

光从正折射率材料入射到具有正折射率材料的界面时，投射光线和折射光线分别位于界面法线两侧。而当光从正折射率材料入射到具有负折射率材料的界面时，入射光线和折射光线位于界面法线方向同一侧，也就是说，在这种材料中，光出现了扭曲的现象。光线转弯了，负折射率材料和隐藏在负折射率材料内的物体也就隐形了。

之前提到的戴维·史密斯、沙拉耶夫、刘若鹏的团队所研究的隐身衣都属于这类。沙拉耶夫介绍他的负折射率的超材料时说，当微观结构的尺寸与光波的波长相当时，就能够表现出某些光学和电磁学上的特异性，“而我的材料结构比光波波长还小”。

他依靠一排从中心点开始沿轮辐方向向外辐射的微型针，将光的折射和扭曲减少到几乎为零，使得围绕着隐身衣的光线发生弯曲，从而实现了隐形。

而刘若鹏的隐身衣则以数千块细小的“特异材料”片制成，这种人造纤维玻璃般的物料能控制光线。研究员透过一系列复杂的计算辅助，把这些“特异材料”片排列成可以“抓取”微波，并且令它们的路径变弯。

但他们的负折射率材料要么是在纳米尺度上让可见光和近红外光弯曲，要么只能弯曲微波而非可见光。而人们想要的，是在肉眼可见的尺度上也能实现可见光的转弯。陈红胜做到了。

陈红胜课题组提出了一种可见光波段多边形隐身衣的设计方法，通过均匀线性光学变换的方法，设计并简化了隐身衣各个部分的参数，对于隐身衣从理论走向实用起到了促进作用。

陈红胜说，完美的隐身衣要求所有的光线保持相同相位，因此进入隐身衣的光线必须跑得比外部光线快，这就要求隐身衣的材料对不同光线具有不同的折射率。

“小溪里的流水，经过一块石头时，溪流会绕过石头后再合拢了继续向前，如同没有遇到过石头一样。进入隐身衣的光线要绕过物体，所以走过的路径长；没有进入隐身衣的光线是一条直线，走过的路径短”。

课题组发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters，PRL）上的论文首次解释了隐身衣的物理机制，提出了对隐形效果定量分析的理论框架，这项成果将在隐身衣的设计中起到重要的指导作用。“我们由此可以计算出怎样的参数可以实现多少程度上的隐形。”陈红胜说。

但是，虽然首次真正实现了可见光波段的隐形，但必须看到，隐形技术只能实现在某一个频段上隐形。肉眼见不到的隐身衣虽然在可见光频率范围内能够实现隐形，但是用其他频段的电磁波还是可以探测到。这跟能逃过雷达监测的隐形飞机用肉眼却能看到是同样的道理。