红外线隐身衣技术（隐身衣最新研究进展）

红外线隐身衣技术（隐身衣最新研究进展）但是，利用散射相消法设计的隐身衣，只能适用于亚波长尺寸的物体。当物体的尺寸大于波长时，高次模分量对散射场的影响增大，会大大增加设计的复杂度，实验实现非常困难。 通过控制金属鱼鳍阵列的数量、大小以及液体的介电常数，可以控制整个外壳的等效介电常数，实现较小甚至负的等效介电常数，从而满足等离子体隐身衣的设计参数。当一个电介质柱体周围围上该异向介质等离子体外壳后，其微波段的总散射减小了75%，成功验证了该方法的有效性。随后，美国德克萨斯州大学奥斯汀分校的Ali小组进一步实验实现了可以在电磁波倾斜入射下工作的隐身衣，大幅降低了电介质柱体的散射宽度。 通过在球体散射体外部包裹一层相对介电常数小于1的球壳，来抵消散射体TM(磁场垂直于径向)基模的散射。一般而言，该介电常数小于1的外壳是由等离子体材料制成，在其等离子体谐振频率附近就会使被罩物体的散射截面显著下降，从而目标物体对于外界观察者来说就被隐身了。

隐身------一个浪漫的词汇，一个令人出现无限遐想的词汇（当然也就是想想），在自然界存在许多隐身的现象。为了躲避天敌攻击或寻找猎物，许多动物进化出了各种各样的伪装方法，包括拟态和保护色。比如变色龙能够根据周围环境来作出变色行为。

受自然界动物的启发，人类发明了迷彩服，具有一定的伪装、迷惑敌人的效果。飞机出现后，雷达探测技术也迅速发展，为了避免我方战机被发现，自然出现了反雷达探测系统，隐身飞机应运而生，所谓的隐身，是通过在飞机表面涂抹吸收雷达波的材料，将电磁波吸收，而雷达接收不到反射回的电磁波，自然无法作出正确判断，这种隐身是用来欺骗电子设备。

‘隐身衣’如果在网上百度查的话，会发现一个有关量子隐身衣的新闻----某老人披上隐身衣瞬间消失，毫无疑问，这是假的，无论是何种方法研究的隐身衣技术，光学变换也好，超表面技术也好，目前尚未有理论成型技术可投入生产。‘隐身衣’自然有很多好处，欢迎大家努力学习，投身光学科研事业，研究隐身系统。下面随贤集网小编一起来了解下隐身衣最新研究进展（纯技术）。

利用散射相消法设计隐身衣的理论模型

通过在球体散射体外部包裹一层相对介电常数小于1的球壳，来抵消散射体TM(磁场垂直于径向)基模的散射。一般而言，该介电常数小于1的外壳是由等离子体材料制成，在其等离子体谐振频率附近就会使被罩物体的散射截面显著下降，从而目标物体对于外界观察者来说就被隐身了。随后，该小组进一步对这种技术进行了理论分析和仿真验证。

2009年，Engheta研究小组报道了第一个由异向介质材料实现的等离子体隐身衣，通过将金属鱼鳍阵列浸泡在高介电常数的液体中，他们创造了一个异向介质等离子体外壳。如图所示：

微波段由异向介质材料制作而成的等离子体隐身衣。（a）模型示意图；（b）实验装置图

通过控制金属鱼鳍阵列的数量、大小以及液体的介电常数，可以控制整个外壳的等效介电常数，实现较小甚至负的等效介电常数，从而满足等离子体隐身衣的设计参数。当一个电介质柱体周围围上该异向介质等离子体外壳后，其微波段的总散射减小了75%，成功验证了该方法的有效性。随后，美国德克萨斯州大学奥斯汀分校的Ali小组进一步实验实现了可以在电磁波倾斜入射下工作的隐身衣，大幅降低了电介质柱体的散射宽度。

但是，利用散射相消法设计的隐身衣，只能适用于亚波长尺寸的物体。当物体的尺寸大于波长时，高次模分量对散射场的影响增大，会大大增加设计的复杂度，实验实现非常困难。

基于保角变换法的电磁波隐身衣

2006年，英国圣安德鲁斯大学的Leonhardt提出了保角变换法（comformal mapping method）的隐身衣设计理论。通过对整个复平面进行坐标变换，Leonhardt巧妙的选择了黎曼叶(Riemann sheet)和支路(branch cut)的位置和大小，可以对大部分光线实现隐身效果。如图所示：

保角变换法的实空间与虚空间示意图

左图表示二维实空间的复平面，右图表示经过相应Zhukovsky变换后的虚空间的两个二维黎曼叶，实空间中黑色圈外部区域对应于虚空间中上层的黎曼叶，实空间中黑色圈内部区域对应于虚空间中下层的黎曼叶，实空间中黑色圈对应于支路(虚空间中的黑色线)。当虚空间中两个黎曼叶的折射率均为1时，在上层黎曼叶中不经过支路的光线(蓝线与绿线)能够在实空间中绕过黑色圈，但经过支路的光线(红线)则会在实空间中穿过黑色圈而进入内部。通过选取不同的变换，并对改变虚空间中黎曼叶的折射率分布，可以进一步改进该隐身衣。

基于变换光学法的电磁波隐身衣

2006年，英国帝国理工学院的Pendry等在Science.上发表文章，提出了利用变换光学法(transformation optics)来实现完美隐身衣的设计方法。基于麦克斯韦方程组的在不同坐标系统下的形式不变性，Pendry等人基于坐标变换，获得隐身衣材料的电磁参数特性。通过在电磁空间中创造-一个“洞”，电磁波会绕过这个“洞”并按照原来的方向传播，从而不产生任何散射，达到完美隐身，如图所示：

完美三维隐身衣原理示意图（电磁波绕过中间被隐身的区域，并且在出射方向上沿着原来的方向传播）

这个“洞”即为隐身区域，在隐身区域内部放置任何物体都不会被外界的电磁波探测到。同年，基于Pendry的理论，美国杜克大学Cummer等利用有限元数值仿真的方法对柱体隐身衣进行了全波分析。不久之后，美国杜克大学Smith课题组首次在实验室制作了圆柱体微波隐身衣样机。他们采用异向介质材料来实现隐身衣的电磁参数。该异向介质是由基板上镀上铜制开口谐振环阵列构成，通过控制开口谐振环的结构参数，可以构造出等效介电常数和等效磁导率参数不同的、具有各向异性特性的等效介质。将这些等效介质在柱坐标系中按照一定要求放置，可以满足圆柱体的隐身衣的参数要求。在实验中，他们将柱体隐身衣分成10层，每层都由不同结构的开口谐振环阵列组成。实验测量结果表明，被隐身衣包围的柱体的前向散射和后向散射都可到了减小，因此在实验上验证了利用变换光学设计

隐身衣的原理的正确性和实现的可能性。

参考文献：

[1]基于人工电磁材料的新型电磁隐身机制——电磁隐身斗篷[J].李超 李芳.北京石油化工学院学报.2009(01)

[2]负折射率研究中的若干理论问题[J].黄志洵.北京广播学院学报(自然科学版).2005(04)

[3]微波异常传播中的负折射率问题[J].黄志洵.物理.2001(11)

[4]基于均匀光学变换理论的可见光频段隐身器件研究[D].郑斌.浙江大学.2015.