Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с зарубежными коллегами разработали и протестировали метод создания многонаправленного эффекта оптической невидимости. Ученые использовали 3D-печатную диэлектрическую среду, скрывающую металлический материал или объект от падающей плоской волны, сообщает пресс-служба вуза.

Внешний вид маскирующей металлический цилиндр мезоразмерной, полностью диэлектрической структуры

Оптическая невидимость — явление, когда электромагнитная волна, падающая на объект, сохраняет амплитуду и фазу после прохождения через объект. Обычно это невозможно из-за эффектов дифракции, рефракции и рассеяния. Направление, занимающееся разработкой физических концепций невидимых оптических материалов и поверхностей, называется трансформационной оптикой.

«В исследовании, начатом под руководством профессора Хамзы Курта и его ученика Мирбека Турдыева, мы исследовали подход на основе дизайна специальной, окружающей объект, полностью диэлектрической структуры из набора элементарных ячеек размером существенно меньше длины волны. Эффективные параметры такой структуры подобраны так, что поле в ее теневой части практически совпадает с падающим полем, то есть электромагнитная волна «не видит» скрытый металлический объект», — рассказал профессор отделения электронной инженерии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Игорь Минин.

Опытный образец изготовлен на 3D-принтере, состоит из полилактида (PLA) и отличается низкими потерями и низким значением диэлектрической проницаемости. Опыты проводились в микроволновом диапазоне, на частоте 10 ГГц.

«Преимущество и новизна предложенной схемы состоит в том, что в отличие от методов трансформационной оптики, требующей использования искусственных материалов, отсутствующих в природе, наш подход основан на использовании широко распространенных диэлектрических материалов. Используя этот подход была разработана структура для создания эффекта невидимости, которая обеспечивает его электромагнитное скрытие с разных направлений», — поясняет Игорь Минин.

Исследование выполнялось на основе моделирования с помощью решения трехмерных уравнений Максвелла. Используя эффект масштабируемости ученые провели экспериментальное подтверждение в микроволновом диапазоне. В планах научной группы расширение возможностей метода и оптимизация его характеристик. В перспективе рассмотренные эффекты могут быть использованы для создания различных датчиков, которые при интеграции в исследуемую среду не вызывают искажений поля и не влияют на результат измерений.

Ранее эксперименты по достижению эффекта невидимости с использованием 3D-печатных структур провели исследователи из Лондонского университета королевы Марии.

Доклад научной команды опубликован в журнале Nanomaterials. 

Источник