引題：浙大科學(xué)家制造出可見(jiàn)光波段生物隱形器件，專家點(diǎn)評(píng)——

主標(biāo)：隱身衣研究領(lǐng)域“一個(gè)真正的進(jìn)步”

科技日?qǐng)?bào)杭州11月3日電（通訊員 單泠 周煒 記者 宦建新）披上一件隱身斗篷，在人們的視野中瞬間遁形，這是人類長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想之一。日前，一只貓和一條金魚比人類提前“享用”了一種隱身衣。10月24日，浙江大學(xué)國(guó)際電磁科學(xué)院陳紅勝教授課題組在《Nature Communications》上發(fā)表的一篇論文報(bào)道了該課題組的最新進(jìn)展，他們與新加坡南洋理工大學(xué)張柏樂(lè)教授等研究團(tuán)隊(duì)合作，使用玻璃制造出了可見(jiàn)光波段的生物隱形器件。

要研究“隱形”，就要先明白物體為什么會(huì)“顯形”：當(dāng)電磁波照射到物體上時(shí)，會(huì)在物體上發(fā)生散射。散射的電磁波被人眼等“感應(yīng)器”接收，就能識(shí)別那里存在物體�！澳壳皯�(yīng)用的隱身技術(shù)，大部分是通過(guò)吸收電磁波，讓反射回去的電磁波達(dá)到最小，但這種技術(shù)并不是人們通常所理解的隱身�！标惣t勝說(shuō)。

2006年，英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院Pendry等在Science上發(fā)表文章，提出了利用坐標(biāo)變換的方法設(shè)計(jì)隱身衣，既不反射也不吸收電磁波，使電磁波能夠繞過(guò)被隱身的區(qū)域，按照原來(lái)的方向傳播，從而可以使物體完全隱形。這是隱身衣設(shè)計(jì)的“殿堂級(jí)”理論，奠定了隱身衣研究的理論體系。它的核心思想是，通過(guò)材料表面折射率的改造，讓光線“轉(zhuǎn)彎”繞過(guò)物體按原方向傳播，就能將物體隱藏。此后，隱身衣的研究得到飛速發(fā)展，近年來(lái)成為電磁學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)、材料科學(xué)及交叉學(xué)科非常前沿和熱門的研究領(lǐng)域之一。

“就像小溪里的流水，經(jīng)過(guò)一塊石頭時(shí)，溪流會(huì)繞過(guò)石頭后再合攏了繼續(xù)向前，就像沒(méi)有遇到過(guò)石頭一樣。進(jìn)入隱身衣的光線要繞過(guò)物體，所以走過(guò)的路徑長(zhǎng)；沒(méi)有進(jìn)入隱身衣的光線是一條直線，走過(guò)的路徑短。完美的隱身衣要求所有的光線保持相同相位，因此進(jìn)入隱身衣的光線必須跑得比外部光線快，這就要求隱身衣的材料對(duì)不同光線具有不同的折射率�！标惣t勝說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)Pendry“完美隱身”的理想，要非常精密的納米加工技術(shù)，目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，我們必須進(jìn)一步對(duì)理論進(jìn)行簡(jiǎn)化，才有可能在不同的電磁波頻段里研發(fā)出可以實(shí)用的“隱身衣”。

陳紅勝課題組近兩年的研究，聚焦如何在可見(jiàn)光波段實(shí)現(xiàn)物體隱形，也就是說(shuō)，怎樣讓物體在人的肉眼前遁形。他們提出了一種可見(jiàn)光波段多邊形隱身衣的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)均勻線性變換的方法，設(shè)計(jì)并簡(jiǎn)化了隱身衣的各個(gè)部分的參數(shù)，對(duì)于隱身衣從理論走向?qū)嵱闷鸬搅舜龠M(jìn)作用。

“人眼對(duì)光線的相位和略微延時(shí)并不敏感，”陳紅勝說(shuō)，結(jié)合這一特性，他們對(duì)Pendry提出的理論體系進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化，剔除理論中“光線保持相同相位”的條件，這樣，“隱身器件能夠使用更加易得的材料，也不需納米級(jí)工藝雕琢，降低了隱身衣的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度�！�

2012年，陳紅勝課題組用一種自然界存在的雙折射晶體研發(fā)了一套柱形隱身器件，實(shí)現(xiàn)讓一根筷子粗細(xì)的物體隱形。“但是這種材料的尺度很小，且只能對(duì)某個(gè)極化的光才可以隱形，又無(wú)法大規(guī)模制備，我們需要進(jìn)一步研究適用于大尺度器件的材料和方法�！闭n題組成員、博士生鄭斌說(shuō)。

2013年，通過(guò)進(jìn)一步的理論分析，課題組對(duì)隱身器件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并選用在工業(yè)上可以大規(guī)模制備的一種玻璃作為隱身衣的材料，將隱身衣的“尺寸”擴(kuò)增到直徑分米量級(jí)以上，并且可以在任意極化的自然光下隱身。實(shí)驗(yàn)顯示，一只蹲在六邊形隱身裝置的小貓，在特定的某個(gè)角度，光線可以直接繞過(guò)小貓，并回到原來(lái)的路徑出射。為了探究隱身衣對(duì)不同生命環(huán)境的適應(yīng)性，課題組還研發(fā)了一組適用于水中隱形的裝置：金魚游進(jìn)這件“隱身衣”，身后的物體仍然一覽無(wú)余�！斑@意味著隱身器件不僅能夠隱藏像貓、魚這樣大的物體，生物還能和隱身器件一起活動(dòng)，隱身效果并不會(huì)因此受到影響。”陳紅勝說(shuō)。

截至目前，這一可見(jiàn)光頻段的隱身器件還只能在特定的角度上取得理想的隱身效果，如六邊形隱身器在正對(duì)六條棱角的角度具有較好效果，而多邊隱身器僅有兩個(gè)角度能夠?qū)崿F(xiàn)隱身。陳紅勝表示，這一隱身器件將有望在安全、娛樂(lè)和監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮作用。團(tuán)隊(duì)在下一步將著力提升隱身的性能，如增加隱身角度、減輕裝置的重量等。

隱身衣理論體系的提出者Pendry看到了這一研究進(jìn)展，他在接受英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》采訪時(shí)表示，這項(xiàng)工作是隱身衣研究領(lǐng)域“一個(gè)真正的進(jìn)步”，此外，他在接受《自然》記者采訪時(shí)進(jìn)一步指出：“每個(gè)人都想擁有一件在可見(jiàn)光頻段下能夠隱藏現(xiàn)實(shí)世界中很大物體的隱身衣，但是要達(dá)到這點(diǎn)需要對(duì)理想的隱身衣理論進(jìn)行一些折中設(shè)計(jì)，”他認(rèn)為陳紅勝和他的同事們?cè)谶@方面走的比大多數(shù)更遠(yuǎn)，他們剔除了透射波相位要求保持一致的條件，“結(jié)果，他們實(shí)現(xiàn)了尺度相當(dāng)大的可見(jiàn)光隱身器件”。

據(jù)介紹，目前隱身器件實(shí)驗(yàn)研究方面進(jìn)展主要可以歸為兩類：一類是地毯式隱身器件，物體躲在地毯式隱身器件下面，對(duì)于上面的觀察者來(lái)說(shuō)，看到的效果就像平整的地面一樣，由此可以使物體得到隱身，這一類地毯式隱身器件要求物體不能脫離地面，主要是基于光線的反射，參數(shù)上相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)一些。通過(guò)許多科學(xué)家的努力，目前地毯式隱身器件已經(jīng)從微波段做到了光頻段，并且隱身的尺度也從幾個(gè)波長(zhǎng)的大小到達(dá)幾千個(gè)波長(zhǎng)的大小。

第二類是人們通常所理解的哈里波特式的隱身衣，可以脫離地面移動(dòng)，這類隱身衣要求光線能夠繞過(guò)中間的隱身區(qū)域，參數(shù)要求更加苛刻一些，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工作也比較少一些。目前國(guó)際上這部分的實(shí)驗(yàn)工作大部分集中在微波波段。

陳紅勝教授的工作屬于上述第二類型的隱身器件。從應(yīng)用的角度出發(fā)，隱身如要能有較好的應(yīng)用，必須要能夠工作在寬頻帶、全方向、全極化，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)最終目標(biāo)難度非常大。陳紅勝的這項(xiàng)研究目前雖然還只能在幾個(gè)方向上可以有效地隱身，但是可以工作在整個(gè)可見(jiàn)光頻段和任意極化的光波。