Дизайн и характеристики идеального всенаправленного плаща в свободном пространстве. 
(а) Конструкция плаща, основанная на оптике линейного преобразования. 
(b) Схематическое изображение настоящего плаща. 
(c) Смоделированная (I, II, III) и измеренная (IV, V, VI) эффективность маскировки.
Фото: Science China Press

Команда под руководством профессора Десиня Е и профессора Хуншэн Чена из Университета Чжэцзян и профессора Ю Ло из Наньянского технологического университета провела исследование по практической реализации оптических устройств с полнопараметрическим преобразованием. Основываясь на оптике линейного преобразования и теории строения всенаправленно согласованных прозрачных метаматериалов, исследовательская группа разработала и внедрила полнопараметрический всенаправленный плащ-невидимку, способный скрывать крупномасштабные объекты в свободном пространстве.

Эта работа была опубликована в журнале National Science Review под названием «Полнопараметрические оптические устройства с всенаправленным преобразованием» с доктором Юань Гао из Университета Чжэцзян в качестве первого автора, профессором Ю Ло, профессором Хуншэн Чэнем и профессором Дэсинь Е в качестве соответствующих авторов.

В 2006 году профессор Пендри из Имперского колледжа Лондона предложил трансформационную оптику, которая описывает соответствие между путем распространения электромагнитных (ЭМ) волн и определяющими параметрами материалов, обеспечивая универсальный и мощный метод управления ЭМ волнами.

Последнее десятилетие стало свидетелем быстрого развития трансформационной оптики, благодаря которой были разработаны различные новые оптические устройства, такие как плащи-невидимки, устройства электромагнитной иллюзии и концентраторы. Однако основные параметры трансформационных оптических сред анизотропны и, как правило, неоднородны или имеют сингулярные значения, что затрудняет их реализацию.

Например, всенаправленные плащи-невидимки, которые до сих пор были экспериментально реализованы, всегда претерпевали некоторые упрощения по параметрам материала. Упрощенные конструкции приносят в жертву согласование импедансов и, таким образом, ухудшают характеристики оптических устройств преобразования.

Чтобы решить эти проблемы, исследовательская группа разработала двухмерный полнопараметрический всенаправленный планарный плащ-невидимку , состоящий всего из двух однородных материалов на основе оптики линейного преобразования. Определяющие параметры первого материала анизотропны, имеют как нулевые, так и экстремальные значения, а ЭМ волны, распространяющиеся в оптическом направлении, имеют бесконечную фазовую скорость.

Этот материал используется, чтобы позволить электромагнитной волне обойти область маскировки с всенаправленным согласованием импеданса и нулевой фазовой задержкой. Второй материал также обладает анизотропными определяющими параметрами для достижения фазовой компенсации с всенаправленным согласованием импеданса, а электромагнитные волны, распространяющиеся в оптическом направлении, имеют субсветовую фазовую скорость.

В ходе экспериментальной проверки исследователи реализовали эти два материала с полнопараметрическими определяющими параметрами для ТМ-поляризованной волны.

Первый был реализован с использованием субволновых металлических патч-матриц с резонансом Фабри-Перо, а второй был получен с помощью структур, состоящих из традиционных I-образных электрических резонаторов и резонаторов с разрезным кольцом.

Наконец, исследователи измерили магнитные поля вокруг полнопараметрического всенаправленного плаща, состоящего из двух предыдущих материалов, при падении поляризованной волны ТМ под разными углами, продемонстрировав превосходные характеристики невидимости.

Это исследование продемонстрировало первый полнопараметрический всенаправленный плащ-невидимку в свободном пространстве, который может скрывать крупномасштабный объект при произвольном падающем освещении. Реализованная маскировка может быть сразу использована для подавления сечения рассеяния цели при радиолокационной связи и бистатическом обнаружении.

Подход, представленный в этой работе, также имеет далеко идущие последствия для практической реализации других оптических устройств с полнопараметрическим преобразованием.