隱形斗篷

我來自新加坡南洋理工大學，今天在這里給大家談談關于隱形斗篷和轉換光學的話題。先給大家介紹一下我自己，我在清華大學獲得學士學位，當時我所研究的對象頻率是非常低的。后來我在麻省理工學院獲得了博士學位，2009年畢業以后到了SMART中心。這是麻省理工和新加坡的聯合研究中心，也是MIT的第一個海外研究中心。在這里我研究的是光學，研究領域改變了，但遵循的規律都是同一個麥克斯韋方程。

有的無線路由器在電路板周圍內置了若干天線，2008年以后這些天線變得越來越小了，這樣的技術就利用了我們轉換光學中的原理。LG公司很快購買了這種技術，并用在了他們的Chocolate b140手機里面。大家應該記得在2010年，iPhone4出現了一些天線的問題，要把天線占據的空間縮小并不是一個簡單的事情。

我們來看一下這個例子，轉換光學可以有多種應用，如果我們可以壓縮其極限做出隱身斗篷，也可以擴展其極限用于高清成像。

轉換光學的思路跟傳統方法是不同的，傳統上首先我們拿到材料，再考慮它可以做什么。比如說我們發現玻璃可以聚光，就用玻璃做鏡頭。再比如說我們先研究光子晶體，之后的是需要什么，然后再考慮哪一種材料是我需要的，能夠幫我帶來這種功能。問題是我們怎么樣從功能出發尋找材料呢？

我們可以看看空間里面的光線變化，假設空間本身是彈性的，如果我們把空間掃曲了，其中的光線就也會彎折，因為整個空間已經是彎曲的了。如果我們發現這個空間曲折的方式跟某一種材料的不均勻結構特征是一致的，所以我可以同樣的有這種結構的材料，來實現我想要的空間扭曲。這就是我剛才講的從功能到材料的反向設計考慮制造光子晶體的光纖。而轉換光學的過程是相反的，我們首先要考慮的功能，首先要想過程。而我要做的事情就是把這種方法和傳統的從材料到功能的設計過程結合起來，因為這種反向的設計盡管理念是很好的，但是有的時候還不夠。我們在考慮到了想要的功能之后，我們重新考慮一下我們手頭上的材料，再從材料考慮功能，形成一個環路，最后帶來一個簡單的解決方案。

至于什么是隱形，光照射在物體上會發生反射，物體后面會形成陰影，我們可以看到物體，是因為看到了反光或是看到了影子。大家現在已經知道如何消除反射光，比如說用一些吸光的材料，這樣就可以避免物體反光。但是后面的陰影怎么辦呢？你能夠看到陰影就意味著還是可以看到物體。但如果我們可以引導光從物體周圍繞過去，就可以把陰影也消除掉。有些人已經根據這個設想設計了材料，但只有在單一波長上才可以，因此是沒有直接的用處的。

為什么要做到這點很難呢？這需要材料具有兩個方面的性質，各向異性或非均勻性。

改變電磁場的空間位置基本就可消除陰影。我們做了很多試驗證實這個理論，但是借助材料的非均勻性扭曲電磁場的方法只適合較小的物體。要是想要大一些物體實現隱身怎么辦呢？我們可以轉而求助于材料的各向異性來扭曲電磁場，使得物體下面的空間如同壓縮了一樣。如照片中展示的，我們可以看到粉紅色的物體實際是一個紙卷，放在這個小臺子上。然后我用了兩塊具有各向異性的材料模擬空間的扭曲，就把模擬的扭曲空間放在紙卷的中間，可以看到這個紙卷中間的陰影也被消除了，這一段紙卷基本上隱形了，這就是一個微型的隱形斗篷的概念。這個方法的成本非常低，非常地簡單，可以在家里做這樣的試驗，也適用于更大的物體。

基于這個原理我們可以開發許多實際的應用，比如說改進表面離子體波導，減少波在拐角處的散射損失，從而令信號轉換速度可以變得非常地快。