神秘的“光譜隱身裝置”

李忠東

相信同學(xué)們都看過《哈利·波特》系列小說及電影，小說及電影中創(chuàng)造了一個(gè)神奇的魔法世界，眾多神奇的道具和咒語有沒有讓同學(xué)們心馳神往呢？魔法就像奇跡一般的存在，使得很多不可能的事都能實(shí)現(xiàn)。隱身衣便是其中最受歡迎的魔法物品之一，只要穿上它，其他人便看不到你，而且不會(huì)隨時(shí)間流逝而失去效力。

長(zhǎng)期以來，從赫伯特·喬治·威爾斯撰寫的科幻小說《隱形人》到經(jīng)典之作《星際迷航》，人們對(duì)隱形技術(shù)情有獨(dú)鐘。

首次實(shí)現(xiàn)物體“完全消失”

在現(xiàn)實(shí)生活中，物理學(xué)家也試圖將科幻情節(jié)轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)實(shí)。加拿大國(guó)家科學(xué)研究所最新研制的一種“光譜隱身裝置”，即使在自然光線環(huán)境下也能夠?qū)崿F(xiàn)物體“完全消失”，而不僅僅是在實(shí)驗(yàn)室條件。在此之前，類似哈利·波特隱身衣的裝置因?yàn)闊o法在所有光線波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作，相繼以失敗告終。

我們每天生活環(huán)境的光線都是寬頻照明，從紅色至藍(lán)色，橫跨較大的波長(zhǎng)范圍。所有可見物體都會(huì)反射少量它們的波長(zhǎng)，并決定了它們所呈現(xiàn)的顏色。當(dāng)前研究人員大都使用“超材料”，它雖然能部分彎曲物體周圍的光線，使物體隱藏起來，但是很難應(yīng)對(duì)不同頻率的光線（如不同顏色的光線）。同時(shí)，“超材料”還扭曲了光波，使得隱形效果并不自然。

加拿大科學(xué)家克服了這些困難，研制出與眾不同的新式“光譜隱身裝置”，能選擇將光譜某些顏色的能量轉(zhuǎn)移到其他顏色，通過匹配遮蓋物體反射所需要的顏色，最終達(dá)到使目標(biāo)物體“消失不見”的效果。例如，如果一個(gè)物體是綠色的，它可以轉(zhuǎn)換任何綠色光線波長(zhǎng)成為藍(lán)色光線波長(zhǎng)，從而遮蓋了綠色物體的存在。

新式“光譜隱身裝置”能夠應(yīng)對(duì)一系列不同頻率，如光線的不同顏色。與此同時(shí)，它還能扭曲光波，從而使人們認(rèn)為研究結(jié)果難以置信。一旦光線穿過該物體，隱形裝置之后恢復(fù)光線，使其返回最初狀態(tài)，因此這種干擾變化并未被探測(cè)到?！拔覀兊难芯抗ぷ鞔砹穗[形衣探索之路的重大突破，目標(biāo)是通過傳播照明光波穿過物體而未探測(cè)到變形扭曲，使觀察物體在現(xiàn)實(shí)寬波段照明下完全隱形，就像物體和隱形衣并不存在一樣?！睆氖逻@項(xiàng)研究工作的何塞.阿扎那教授表示，“當(dāng)你觀察一個(gè)物體，你事實(shí)上看到的是該物體改變與其交互光波能量的方式?！?/p>

減少信息擁擠防止竊聽

多數(shù)隱身衣的實(shí)現(xiàn)涉及改變光線路徑，光波在物體周圍傳播，而不是穿過物體。還有的通過篡改光線擴(kuò)散速度，使目標(biāo)對(duì)象暫時(shí)隱藏起來，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將穿過光束。在以上方法中，由于不同顏色入射光線必須沿著不同的路徑穿過隱形裝置，因此需要花費(fèi)大量時(shí)間抵達(dá)目的地。光線波長(zhǎng)輪廓的改變可由觀測(cè)人員明顯觀測(cè)到，有時(shí)其改變狀況并不符合之前的預(yù)想。

傳統(tǒng)隱身方案依賴于改變被隱形物體周圍照明的傳播路徑，不同顏色需要不同時(shí)間來穿過這種隱形裝置，導(dǎo)致早期探測(cè)結(jié)果扭曲失真，并暴露了隱形裝置的存在。而負(fù)責(zé)該研究項(xiàng)目的阿扎那教授提出的最新解決方案允許光波穿過目標(biāo)物體，而不是圍繞目標(biāo)物體，從而有效避免了這些問題，同時(shí)避免了光波和對(duì)象目標(biāo)物體之間發(fā)生的任何交互作用。

加拿大研究團(tuán)隊(duì)在光線照射一個(gè)光學(xué)濾光器之后對(duì)其進(jìn)行隱形，證實(shí)了這個(gè)概念，光學(xué)濾光器是一種有選擇性地傳輸不同波長(zhǎng)的光學(xué)裝置。最新的“光譜隱身裝置”由“色散光纖”和“時(shí)間相位調(diào)制器”這兩種商用組件構(gòu)成，將它們分別放置在濾光器的前面和后面?！吧⒐饫w”迫使一束光線（實(shí)際上是光波）以不同速度傳播，過程中將其分解成不同的顏色，就像棱鏡效果一樣?！皶r(shí)間相位調(diào)制器”修改光線的光學(xué)頻率，依據(jù)光波何時(shí)穿過該裝置，允許它改變一種顏色至另一種顏色。“光譜隱形裝置”可以將光波轉(zhuǎn)換為不同頻率范圍，之后被光學(xué)濾光器吸收，當(dāng)光束從濾光器另一側(cè)溢出時(shí)，能夠完全逆轉(zhuǎn)這個(gè)過程。這使得整個(gè)隱形過程中看上去好像激光脈;中在轟擊一個(gè)不吸收光線的介質(zhì)，也就是說，光束似乎能在沒有任何干擾的情況下穿過物體。

加拿大科學(xué)家的創(chuàng)新技術(shù)不但能夠讓人們隱身，而且為防雷達(dá)探測(cè)飛行器和防黑客網(wǎng)絡(luò)電纜奠定基礎(chǔ)。例如，有選擇地消除或者恢復(fù)寬頻帶波中的顏色，能夠允許更多的電信數(shù)據(jù)傳輸，從而減少信息擁擠阻塞現(xiàn)象。再如，可以用于防止竊聽者通過探查無寬頻光線的纖維光學(xué)網(wǎng)絡(luò)，搜集重要信息數(shù)據(jù)。