Möjligheten att dölja ett godtyckligt föremål med en kappa på avstånd från objektet är en unik uppgift inom fotonikforskning, även om fenomenet ännu inte förverkligats i praktiken. I en ny studie som nu publicerats i Ljus:Vetenskap och applikationer , Tianhang Chen och medarbetare vid Key-laboratoriet för Micro-Nano Electronics och Smart Systems, och State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation i Kina föreslog den första experimentella realiseringen av en fjärranslutningsenhet. Enheten kan göra alla objekt som ligger på ett visst avstånd osynliga med hjälp av en likström (DC) frekvens.

De inkluderade ett negativt motståndsnätverk med aktiva element för att uppnå fjärrfunktion av DC-manteln. Baserat på nätverket, Chen et al. kunde på distans generera en dold region med manteln, utan att förvränga strömmar långt från det tillslutna området, så att objektet kan fortsätta att interagera med sin omgivning. Arbetet visade att alla föremål i den dolda regionen var osynliga för en DC -detektor och kappan inte krävde förkunskaper om objektet så att den kunde dölja ett godtyckligt föremål. Forskarna visade överlägsenheten hos fjärröverdragningsanordningen för potentiella framtida tillämpningar inom medicinsk eller geologisk forskning.

Transformationsoptik kan användas för att konstruera en kappa som leder elektromagnetiska vågor för att kringgå det mantlade området utan störningar. Tidigare forskning om kappor och illusionsenheter involverade att omsluta enheten, förhindrar dess interaktion med den yttre miljön, också. För att lösa det här problemet, forskare föreslog en fjärrmantel som kunde gömma ett föremål på avstånd, baserat på begreppet ett 'anti-objekt', 'där spridning av det dolda objektet avbröts av' anti-objektet '. Resultaten erhölls på avstånd, medan det dolda objektet behåller rymdkontinuitet med bakgrundsmiljön. Dock, denna "anti-objekt"-mantel var endast designad för ett dolt föremål med kända dimensioner eller parametrar, därför, små förändringar i objektstorlek, formen och dess position försämrade den exakta restaureringen av incidentfältet. "Anti-objektet" kan därför inte dölja godtyckliga föremål som en konventionell mantel kan.

För att övervinna denna begränsning, forskare föreslog tidigare en mångfaldig transformationsoptikmetod för att designa fjärrmantel för att dölja föremål med godtyckliga former. Än, sådana konstruktioner krävde dubbelnegativa material som är mycket svåra att realisera. Som ett resultat, fjärrgömma godtyckliga objekt är fortfarande på ett konceptuellt stadium och återstår att demonstrera experimentellt. I föreliggande studie, Chen et al. föreslog den första experimentella realiseringen av en fjärrmantelanordning för att dölja ett godtyckligt objekt med en kappa med användning av likström. De designade den fjärranslutna DC-mantelenheten med flervikt transformationsoptik och realiserade ett negativt motståndsnätverk med aktiva element för att spela en viktig roll för att implementera fjärrfunktionen hos DC-manteln. Kappan kunde på distans generera en dold region utan att förvränga strömmen. Forskarna visade hur olika föremål i den dolda regionen var osynliga.

I den experimentella inställningen, Chen et al. jämförde två sorters mantel; inklusive en stängd, konventionell mantel och fjärrmantel vid DC -frekvens. En avlägsen mantel kan konstrueras med ett element eller med flera element, och studien använde två element som exempel. Forskarna förvandlade först det fria utrymmet till en fyrkantig mantel, följt av en andra omvandling för att vika den fyrkantiga kappan för att öppna den. Den dolda regionen i det nuvarande verket behöll fortfarande rymdkontinuitet med bakgrundsmiljön, medan de är helt isolerade från utanför nuvarande fält, gör att alla godtyckliga statiska objekt i det dolda området fritt kan röra sig inuti området medan de förblir osynliga. Fenomenet rapporterat av Chen et al. skilde sig helt från tidigare DC -kappor, där kappans prestanda berodde på formen och konduktiviteten hos det dolda föremålet.

Forskarna utförde simuleringar av kappan med finita elementmetoden analys med hjälp av COMSOL Multiphysics programvara. Den simulerade strömmen flödade från punktkällan genom manteln. Chen et al. använde en stadig strömkälla i det övre högra hörnet av simuleringen och simulerade potentialfördelningen där strömmen flödade från en punktkälla i tre olika scenarier. För att verifiera kappans objektoberoende prestanda, Chen et al. testade ytterligare två dolda föremål; en fyrkantig isolator och en cirkulär ledare. De mätte den elektriska potentialen jämfört med fallen av enbart bakgrunden och objektet, för utmärkt överenskommelse mellan de två; vilket indikerar att cloaking -prestandan var oberoende av objektets storlek och form.

För att demonstrera fjärrmantelns omnidirektionella effekt, Chen et al simulerade den stabila strömkällan i en annan position i förhållande till kappan, och cloaking -enheten fungerade fortfarande som förväntat. Dock, de visade att när avståndet mellan kappan och föremålet ökade, kappan involverade mer negativa parametrar. Följaktligen, beräkningskomplexiteten och minnesförbrukningen ökade också i simuleringen. Totalt, simuleringarna som genererades i studien gav ett exempel för att verifiera konceptet med fjärrmanteln.

För att experimentellt demonstrera konceptet, Chen et al. designade och tillverkade fjärrmantelprovet. Manteln krävde anisotrop och negativ konduktivitet för att förverkliga de komplexa medierna. Forskarna använde "nätbaserad" transformationsoptik för att designa anisotrop ledningsförmåga, medan du använder ett negativt medium med aktiva element för att designa negativ konduktivitet. De observerade att DC -negativ konduktivitetsmaterial gav potentiell "stigning" när strömmen passerade materialet. Vid DC -frekvens, motståndet och källan kan kombineras och förenklas till en enda källa med en strömförsörjning. Att praktiskt inse sådana effektiva negativa medier, forskarna gav den erforderliga elektriska potentialen en spänningsföljare. För att praktiskt genomföra experimenten, de applicerade fyra kretskort för att uppfylla de negativa motstånden.

För att verifiera enhetens prestanda, forskarna tillverkade hela kretskortet i en storlek på 60 x 60 cm och uppnådde den nödvändiga elektriska konduktiviteten med ytmonterade enhet (SMD) motstånd. De utformade sedan de negativa medierna, täckt föremål och gränsmatchning med oberoende kretskort separerade från huvudkortet för enkel byte. Forskarna mätte resultaten för tre olika dolda föremål, inklusive en cirkulär ledare och fyrkantig isolator. I resultaten, equipotentiallinjerna verkade "runda" som om ingenting fanns där, för att ange att den experimentella designen fungerade korrekt i praktiken. Resultatet var möjligt eftersom den experimentella installationen avbröt förvrängningen som orsakades av de olika dolda objekten för att indikera bra cloaking-funktionalitet. Resultatet förstärktes ytterligare när Chen et al. analyserade den elektriska potentialavklingningen från källan för de tre experimenten, där resultaten stämde väl överens med bakgrunden utan föremål. Prestandan för den föreslagna fjärrmanteln var oberoende av föremålet.

På det här sättet, Chen et al. experimentellt demonstrerade en fjärrmantel som fungerade för godtyckliga objekt på avstånd med DC -frekvens för första gången. Eftersom de elektroniska komponenterna de använde var DC -statiska element, kappan var mycket stabilare än den som konstruerats med höga frekvenser. Viktigast, kappan kunde leda elektriska strömmar runt ett dolt föremål med hjälp av aktiva element när objektet upprätthöll fysisk anslutning till sin omgivning. Till exempel, sådana godtyckliga föremål kan begravas under jord med en cloaking-anordning utplacerad på föremålet på avstånd för dess osynlighet under geologiska strömsensorer för tillämpningar inom geologisk forskning. Dessutom, kappan kan ha potentiella tillämpningar inom medicin för att förhindra störningar på implanterade enheter in vivo.

© 2019 Science X Network