• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Spektral cloaking kan göra objekt osynliga under realistiska förhållanden

    En bredbandsvåg lyser upp ett föremål, som reflekterar grönt ljus i det visade exemplet, gör objektet detekterbart av en observatör som övervakar vågen. En spektral osynlighetsmantel förvandlar den blockerade färgen (grön) till andra färger i vågens spektrum. Vågen fortplantar sig oförändrad genom föremålet, utan att "se dess färg" och kappan vänder därefter om den tidigare omvandlingen, göra objektet osynligt för betraktaren. Kredit:Luis Romero Cortés och José Azaña, Institut National de la Recherche Scientifique

    Forskare och ingenjörer har länge sökt sätt att dölja föremål genom att manipulera hur ljus interagerar med dem. En ny studie erbjuder den första demonstrationen av osynlighetsmantel baserat på manipulering av frekvensen (färgen) av ljusvågor när de passerar genom ett föremål, ett fundamentalt nytt tillvägagångssätt som övervinner kritiska brister hos befintliga cloaking-tekniker.

    Tillvägagångssättet kan vara tillämpbart för att säkra data som överförs via fiberoptiska linjer och även bidra till att förbättra teknologier för avkänning, telekommunikation och informationsbehandling, säger forskare. Konceptet, teoretiskt sett, skulle kunna utökas för att göra 3D-objekt osynliga från alla håll; ett viktigt steg i utvecklingen av praktiska tekniker för osynlighetscloaking.

    De flesta nuvarande cloaking-anordningar kan helt dölja föremålet av intresse endast när föremålet är upplyst med bara en färg av ljus. Dock, solljus och de flesta andra ljuskällor är bredband, vilket innebär att de innehåller många färger. Den nya enheten, kallas en spektral osynlighetsmantel, är utformad för att helt dölja godtyckliga objekt under bredbandsbelysning.

    Spektralmanteln fungerar genom att selektivt överföra energi från vissa färger på ljusvågen till andra färger. Efter att vågen har passerat genom föremålet, enheten återställer ljuset till sitt ursprungliga tillstånd. Forskare visar det nya tillvägagångssättet i Optica , The Optical Society's journal for high impact research.

    "Vårt arbete representerar ett genombrott i strävan efter osynlighetsdöljning, sa José Azaña, National Institute of Scientific Research (INRS), Montréal, Kanada. "Vi har gjort ett målobjekt helt osynligt för observation under realistisk bredbandsbelysning genom att sprida belysningsvågen genom objektet utan någon detekterbar distorsion, precis som om föremålet och kappan inte var närvarande."

    Att övervinna tidigare hinder

    När du tittar på ett objekt, det du verkligen ser är det sätt på vilket objektet modifierar energin från ljusvågorna som interagerar med det. De flesta lösningar för osynlighetsdöljning innebär att ändra de vägar som ljuset följer så att vågor utbreder sig, snarare än genom, ett objekt. Andra tillvägagångssätt, kallad "temporal cloaking, " manipulera med ljusets utbredningshastighet så att föremålet tillfälligt döljs när det passerar genom ljusstrålen under en föreskriven tidsperiod.

    I båda tillvägagångssätten, olika färger på en inkommande ljusvåg måste följa olika vägar när de färdas genom cloaking-anordningen, det tar alltså olika lång tid att nå sin destination. Denna förändring av vågens temporala profil kan göra det uppenbart för observatörer att något inte är som det borde vara.

    "Konventionella cloaking-lösningar är beroende av att ändra utbredningsvägen för belysningen runt objektet som ska döljas; på detta sätt, olika färger tar olika lång tid att korsa kappan, vilket resulterar i lätt detekterbar distorsion som ger bort närvaron av manteln, sa Luis Romero Cortés, National Institute of Scientific Research (INRS). "Vår föreslagna lösning undviker detta problem genom att tillåta vågen att fortplanta sig genom målobjektet, snarare än runt den, samtidigt som man undviker all interaktion mellan vågen och objektet."

    Ordna om färger

    Azaña och hans team åstadkom detta genom att utveckla en metod för att omordna olika färger av bredbandsljus så att ljusvågen fortplantar sig genom objektet utan att faktiskt "se" det. Att göra detta, cloaking-anordningen flyttar först färgerna mot områden i spektrumet som inte kommer att påverkas av utbredning genom objektet. Till exempel, om föremålet reflekterar grönt ljus, då kan ljuset i den gröna delen av spektrumet skiftas till blått så att det inte skulle finnas något grönt ljus för det att reflektera. Sedan, när vågen har rensat bort föremålet, cloakinganordningen vänder växlingen, rekonstruera vågen i dess ursprungliga tillstånd.

    Teamet visade sitt tillvägagångssätt genom att dölja ett optiskt filter, som är en enhet som absorberar ljus i en föreskriven uppsättning färger samtidigt som andra ljusfärger släpps igenom, att de lyste upp med en kort puls av laserljus.

    Maskeringsanordningen konstruerades av två par av två kommersiellt tillgängliga elektrooptiska komponenter. Den första komponenten är en dispersiv optisk fiber, vilket tvingar de olika färgerna på en bredbandsvåg att färdas med olika hastigheter. Den andra är en tidsfasmodulator, som ändrar ljusets optiska frekvens beroende på när vågen passerar genom enheten. Ett par av dessa komponenter placerades framför det optiska filtret medan det andra paret placerades bakom det.

    Experimentet bekräftade att enheten kunde omvandla ljusvågorna i det frekvensområde som skulle ha absorberats av det optiska filtret, vänd sedan hela processen när ljusvågen lämnade filtret på andra sidan, får det att se ut som om laserpulsen hade fortplantat sig genom ett icke-absorberande medium.

    Att använda cloaking

    Även om den nya designen skulle behöva utvecklas ytterligare innan den kunde översättas till en Harry Potter-stil, bärbar osynlighetsmantel, den demonstrerade spektrala cloaking-anordningen kan vara användbar för en rad säkerhetsmål. Till exempel, nuvarande telekommunikationssystem använder bredbandsvågor som datasignaler för att överföra och bearbeta information. Spektral cloaking skulle kunna användas för att selektivt bestämma vilka operationer som tillämpas på en ljusvåg och vilka som "görs osynliga" för den under vissa tidsperioder. Detta kan hindra en avlyssnare från att samla information genom att sondera ett fiberoptiskt nätverk med bredbandsljus.

    Det övergripande konceptet med reversibel, användardefinierad omfördelning av spektral energi kan också hitta tillämpningar bortom osynlighetsdöljning. Till exempel, Att selektivt ta bort och därefter återställa färger i bredbandsvågorna som används som telekommunikationsdatasignaler kan tillåta att mer data överförs över en given länk, hjälper till att lindra stockar när efterfrågan på data fortsätter att växa. Eller, Tekniken skulle kunna användas för att minimera några viktiga problem i dagens bredbandstelekommunikationslänkar, till exempel genom att omorganisera signalenergispektrumet för att göra det mindre känsligt för spridning, olinjära fenomen och andra oönskade effekter som försämrar datasignaler.

    Medan forskarna visade spektral cloaking när objektet belystes från endast en rumslig riktning, Azaña sa att det borde vara möjligt att utöka konceptet för att göra ett objekt osynligt under belysning från alla håll. Teamet planerar att fortsätta sin forskning mot detta mål. Sålänge, teamet arbetar också med att utveckla praktiska tillämpningar för enkelriktad spektral cloaking i endimensionella vågsystem, såsom för fiberoptikbaserade applikationer.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com