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哈利波特的隐身斗篷，你也可以有
来源：作者：高 晨责编：骑士
作为帮助哈利波特逃离危险的神器，隐身斗篷曾经是很多哈利波特迷梦寐以求的物品。虽然不确定这群来自加州伯克利大学的研究者们是否也是哈迷，但可以肯定的是，他们把魔法世界里的隐身衣带到了现实中。确切地说是这个研究团队发明了一种可以让物品“隐身”的材料。根据研究团队发表在Science&中的研究报告，该隐形斗篷的厚度只有80纳米。这块由金纳米线组成的斗篷能将物体的反射光分散，从而阻挡被遮盖物的光进入人眼以达到隐身的效果。其实这不是人类第一次研究隐身材料。2004年，日本东京大学教授通过在衣服表层涂上回射性物质实现隐身，随后在2006年，又有英美科学家利用光学原理研发出全球首件二维“隐身衣”。但据研究者称，前述研究推出的材料对环境光的依赖较大，虽然能让人看不清是什么物体，但人眼还是能看到被隐去的位置有东西存在。此外，以前的“隐身”材料大都体积庞大，且如果要隐去大体积的物品还需要更厚更大的“隐身”材料。伯克利大学的这项研究除本身重量轻薄外，不用增加隐形斗篷的厚度就能隐藏更大体积的物品。同时，由于该“隐身斗篷”可根据环境光的角度和频率做出相应反应，因此可以将隐身对象藏得天衣无缝。研究团队负责人在接受&Mashable&采访时还表示，未来某天也许人们可以把这种材料运用到饰品或可穿戴产品中。不过，现在你还不能像哈利波特那样拿这件斗篷来防身，因为它还不支持动态状态下的隐身。
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版权所有 鲁ICP备号哈利波特粉丝看过来！3D隐形斗篷越发逼真-消费电子-与非网
隐形斗篷不只出现在经典电影和科幻小说中，在累积一点一的发展后，如今正越来越接近现实了。隐形斗篷使用可沿着物体周围曲折光线的超颖材料&&让视野隐身在物体之后，使其不会被看到&&这种方式正逐渐从红外光向可见光波长的技术发展。
研究人员最近还发现一种隐形物体的方法，使用可切换其偏振方向的奈米级天线阵列覆盖物体，能够使其免于被红外线、可见光甚至X光波长观测到。当以某一方向偏振时，物体会被看见，而当翻转其偏振后，任何入射的红外线、可见光或X光射线都会被反射回来，从而有效地遮避观看物体的视线。这项研究成果来自于美国能源部(DoE)劳伦斯柏克莱国家实验室(LBNL)以及加州大学柏克莱分校(UC Berkeley)的合作。
3D超颖表面隐形斗篷采用80nm金质天线薄层打造，可覆盖在任何物体上，让(红色箭头处)离开斗篷，如同从镜子反射一样
（来源：Berkeley Lab）
&天线的尺寸约几十奈米，具有各种不同的形状/尺寸，沿着薄膜补偿反射的相位，使其如同从平面镜反射一样，&加州大学柏克莱分校教授张翔解释。
由于必须在隐形对象周围放置正确尺寸的80nm涂层奈米级天线，限制了展示原型的尺寸仅能达到1,300平方微米。然而，柏克莱实验室的科学家们声称，无论需要多大或多小的斗篷，原理都是一样的。涂层并不一定要和隐藏物体的形状一致。
&涂层一般指的是更普遍的意义，并不一定要和物体的形状一致，它也可以像一件T恤一样，&张翔表示。
奈米天线类似于各种尺寸的砖状嵌段，各种不同的尺寸使其得以确定维持一致的反射光相位(否则可能会因为相位改变而被侦测到)。接着，他们共同反向曲折了入射光线，使其折射回其传送端，就像是一面平坦的镜子一样。而当保留奈米天线偏振， 就可以从镜中看到在其后的物体。
当保留奈米天线偏振覆盖时，可看到隐形斗篷掩盖了左右两侧的直方条
&我们也使用广义上的天线。(金属的)天线可能比半个波长的入射光更小得多，而且它们也是宽频，这在之前已经被证实了，&张翔表示。
因此，它并不是一件&&(Harry Potter)式(弯曲周围光线)的斗篷，或大多数超颖材料研究人员尝试的方式，而是透过限制平面镜的光线而隐藏其后的物体&&因此，你知道有东西在那里，只是不知道是什么。
接下来，研究人员们打算找到进一步扩展这种隐形斗篷大小的方式，使其得以像布料那样制造出来，覆盖在物体上，或甚至将它织进服饰中。
&我们的下一步是扩展隐形斗篷的尺寸，并使其柔软可挠曲，真的更像衣服一样，&张翔表示。
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如何实现光学上的隐形？
曹粲，安大略湖边的傻子
先说结论：特定方向上的隐形，已经有几种简单有效的解决方案。360 度全方位隐形，理论上可以，但目前还没有人能做到。
如果你能做到全空间隐形，诺贝尔物理学奖应该就是你的了。
如果不能也没关系，你还是有机会靠写隐形术的科幻小说获诺贝尔文学奖的，我看好你呦！
比较正统的光学隐形方法，不外乎两点：（1）强吸收材料做外壳，让雷达探测不到；（2）负折射率的超材料，或者特殊设计的变换光学材料，让光线弯曲，基本原理很简单，如下图，
(原图来自发表于 Science 的：)
一眼就能明白，但实际用到的电磁波理论还是水很深的。
(1) 来减少雷达截面的研究相对成熟，实战应用也有多年了。常用的隐身方法有三种: 外形设计技术、
吸收材料技术、对消技术。吸波涂料的分子成分比较多样，有铁氧体吸波涂料，四针状氧化锌等等。涂层越薄，吸收谱越宽，反射波衰减越大，则吸收效果越好。
(2) 负折射率材料最早在 1967 年，由苏联物理学家 Victor Veselago 从理论上提出。原理很简单：
左侧是正常我们见到的折射现象，入射光和出射光在中间线（叫法线）的两侧。右侧是负折射率的情形，入射光和出射光在同侧。
折射率&&, 正常情况，比如玻璃、水等等中的折射，对应一个正的折射率。所以当 Victor Veselago 说折射率，不一定非得是正数，也没准可以是负数时，估计同行们都觉得他只不过在抖机灵，耍滑头，自个儿玩了个数学游戏，还是个比较低级的数学游戏，就想搞个大新闻，naive~所以大家也都没太在意。
估计 Victor 自己也没想到，过了三十多年后的 2001 年，真的有人把这个异想天开的想法，从理论飞跃到现实。UCSD 物理系，2001 年发表在 Science 上一篇 ，报告他们在微波波段的散射实验数据显示，他们的二维结构，从宏观上看，有左手性，负折射率。他们在相互交叉的电路板上重复排列单元结构，每个单元用铜线，和开口谐振环构成。如图：
虽然只是在特定微波波段，没能在可见光范围内做到，但是这绝对是隐形技术划时代的一篇论文。
在这之后，负折射率超材料才开始成为热潮。逐渐的，2006 年，伦敦帝国学院的 John Pendry 和从 UCSD 转到杜克大学的上文作者之一 David Smith 等人合作，在 Science 上发了两篇文章，正式提出把负折射率材料用于隐形，并初步给出一个设计，如下图：
他们应该是估计这个方向很有搞头，给自己做的工作起了个名字，所谓的变换光学(Transform Optics/ Transformational Optics)。
2008 年，UC Berkeley 的 Xiang Zhang 组在 Nature 上，发表了他们做的三维的，可见光区的负折射率材料。往可见光隐形技术又推了一步。
虽然进步很大，但是现在的负折射率超材料的水平，实际上也只是在较小的物理尺寸范围内，做到让一个有个小坑的镀金表面，在可见光范围内，看上去是平的。见 2010 年德国科学家们在 Science 发表的
显然用负折射率超材料实现隐形，还比较远。但是这种革命性技术，可以说是隐形技术的正统，基于这种技术，才有可能实现二维 360 度，甚至三维&&空间角的全方位隐形。
而且即使实现了用负折射率超材料，或者未来别的新技术实现了空间全方位隐形，离哈利波特的隐身衣相比，还有最后一小步差别。哈利波特的隐身斗篷，外人看不见斗篷里，但是斗篷内的人能看到外部世界。而这种全方位隐形，外面看不见里面，但是里面也看不见外面。要弥补这一缺点，就需要在这种隐形外壳上开个小孔，来看清外部世界，并且保证这个小孔足够小，对其他方位的观察者来说，几乎无视觉影响。想想你的手机照相机的大小，你就可以对这个孔及其成像系统大致有个概念了。如果连小的可见光波段成像用的瞳孔也不允许有的话，只能用其他波长的电磁波，通过对只对可见光屏蔽，而对那个特定波段电磁波不屏蔽的材料，或至少一个传输通道，而来把外部信息传输进这个密闭隐形空间内部了。
我再从比较歪门邪道的角度再补充几种非常有趣的光学隐形方法。
（1）一种是由日本学者提出的，物体背面用探测成像，再把这个像在物体的正面用彩色的 LED 屏幕显示出来。这样从观察者的角度，直接看到了物体的背面，仿佛物体不存在一样。在德国，有工程师按此原理，把一辆车包了起来，白天晚上在德国街道上跑，路人们彻底凌乱了，各种抓拍～。见此文：
能翻墙的，看这里视频 （MERCEDES-BENZ "Invisible Drive"）：
（2）再说一下罗切斯特大学的玩法。
罗切斯特大学的 John Howell 教授本来是主打量子物理的，却心血来潮，想出了几个非常巧妙的，用很简单而便宜的方法，靠巧妙摆放的大玻璃桶装水，就实现了对大个物体的隐形。简单之极，令人发指。
图中好像是 John Howell 的两个儿子。
想看原理的，来这里：。一图以蔽之：
之后他的博士生 Joe Choi 又跟他做了用 4 个最最不起眼的普通透镜搞的隐形系统。见图：
介绍文章如下：
arXiv 学术文章：Paraxial ray optics cloaking
当然我说的这几种歪门邪道，有很大局限性，比如方法（1）LED 清晰度不够，车速快的话，从采集图像，到背侧重现之间的短暂时间间隔，肯能会导致图像竖直方向略微倾斜，方法（2）可以隐形的方向很有限，而且被隐形的区域也看不到正前方的物体了。但这些并不妨碍我们很享受能把 Harry Potter 隐身衣和指环王里魔戒，近乎实现的科技的魅力。
你可能还有别的好的，或者有趣的隐形方法，记得交流啊～
有人问到最后四个普通透镜的隐形，技术上具体怎么操作，下面简单介绍下。
其实四透镜隐形只是形成一部分以系统光轴为中心的环状隐形区域(cloaked region,下图(c)橘色部分)，最中间的光轴部分是不能隐形的，这可能是这个玩法最大的缺点。
如果你也想打造一个这样的系统的话，并不难：
1. 买两组不同焦距的透镜，两个焦距 f1 的，两个焦距 f2 的。(上例中 f1 = 200 mm, f2 = 75 mm)
2. 第一、二个透镜间距为这两个不同的焦距之和：t1=f1+f2。
3. 同样，第三、四个透镜间距也为这两个不同的焦距之和：t1=f1+f2。
4. 第二、三个透镜间距为 t2 = 2*f2*(f1+f2)/(f1-f2)。注意第二、三个透镜的焦距都是 f2。
5. 然后就没有然后了，给我点完赞后，就开始玩吧～《哈利波特》“隐身斗篷”化为现实？
　据近日英国《每日邮报》网站报道，美国密歇根理工大学的科学家利用玻璃微片制成了一件“隐身斗篷”，使得《哈利波特》等科幻小说中的情节化为了现实。相关研究报告发表在近期出版的《应用物理快报》杂志上。
　　当光线照到物体表面时，会发生反射并进入肉眼，使人们能够看见相应物体。但来自密歇根理工大学的研究人员却发现了一种捕获红外线的方法，可使红外线在物体周围发生弯曲，从而实现物体的隐身。一旦通过这种技术实现了可见光的弯曲，被其所覆盖的物体将会从人们的眼前消失。
　　艾琳娜·赛莫金娜教授研制的这种非金属“斗篷”采用了完全相同的玻璃共振片，其由硫化玻璃制成，不会导电。在计算机模拟中，这种“斗篷”能使物体在受到波长约为一微米的红外线照射后，最终实现该物体的隐身。这是科学家首次尝试利用玻璃材料来实现光线的弯曲。
　　赛莫金娜教授的“隐身斗篷”采用了超材料，这种材料由人工复合而成，具有一般材料所不具备的超常特性。此次采用的超材料由微型玻璃共振片构成，而非由天然材料的原子或分子构成，是材料学和电子工程学的跨学科科研产物。这种微型共振片以同心环的形式排列，组成的形状与圆柱体相似。在同心环中产生磁共振，从而实现物体周围光线的弯曲，并最终实现物体的隐身。
　　研究小组目前正在进进一步的测试，以探测由陶瓷共振片和金属制成的斗篷在微波频率的隐身效果。科学家在密歇根理工大学的消声实验室内进行了相关实验：这是一个类似洞穴的结构，内部遍布具备高度吸音功能的深灰色泡沫状锥形体，并安装了天线，可用于微波的发送或接收。微波的波长要远大于红外线，其波长值可达到若干厘米。
　　研究人员表示：“从这些试验开始，我们将进一步研究斗篷在更高频率和更小波长的情况下的隐身效果。而最令人期待的将是在可见光频率实现隐身。”如能获得更多进展，隐身斗篷将在30年内进入日常生活的预测或许不再是天方夜谭。（张巍巍）
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