Проблемы оптической невидимости

 

Рисунок 1 - Рассеяние света на объекте, помещенном в трех и двухмерный слоистый ENZ-метаматериал. Размеры объектов – больше длины волны. а), b) – рассеяние на бесконечном и конечном цилиндрах. с), d) – сечения рисунка b). f), g) – рассеяние на большом объекте произвольной формы и разность полей в случае пустого метаматериала и метаматериала с объектом соответственно.

Начиная с 2006 года большое внимание в мировой науке уделяется исследованию эффекта невидимости или «клокинга» объектов, помещенных в то или иное окружение. В частности, предлагалось использовать различные многослойные покрытия в виде коаксиальных цилиндров либо сфер, реализующие постепенное изменение показателя преломления от 1 до 0, что позволило реализовать огибание светом спрятанного объекта. Также предлагалось применять так называемое «паркетное» покрытие, мимикрирующее плоскую поверхность.

Рисунок 2 - Схема многослойного диэлектрического маскирующего покрытия. Распределение модуля и фазы электрического поля для различных параметров слоев.

Нами для реализации эффекта невидимости предложено использовать метаматериал с близкой к 0 диэлектрической проницаемостью вдоль оси, параллельной распространению излучения. Показано, что рассеяние на объекте происходит в виде плоских волн, которые практически не искажают волновой фронт прошедшей волны, что приводит к эффекту невидимости объекта. Нами рассмотрены цилиндрические объекты и объекты произвольной формы, обладающие размерами больше длины волны, а также состоящие из различных материалов, например, идеального проводника, поглощающего материала, прозрачного диэлектрика. Для все указанных объектов реализовался режим практически идеального сокрытия, а неоднородность амплитуд прошедшей и отраженной волн составила на более 7%.

Также нами исследовано полностью диэлектрическое слоистое покрытие, реализующее снижение рассеяния света на объекте. Данный метод достижения невидимости интересен тем, что в этом случае отсутствует поглощение, которое всегда имеет место в метаматериалах с металлическими элементами. На основе численного расчета с применением стохастической оптимизации нами показано, что рассеяние от объекта с размерами больше длины волны может быть снижено более чем в 2 раза за счет использования всего 4 диэлектрических слоев.