Onderzoekers en ingenieurs hebben lang gezocht naar manieren om objecten te verbergen door te manipuleren hoe licht ermee omgaat. Een nieuwe studie biedt de eerste demonstratie van onzichtbaarheidsverhulling op basis van de manipulatie van de frequentie (kleur) van lichtgolven wanneer ze door een object gaan, een fundamenteel nieuwe benadering die kritieke tekortkomingen van bestaande cloaking-technologieën overwint.

De aanpak kan van toepassing zijn op het beveiligen van gegevens die via glasvezellijnen worden verzonden en kan ook helpen bij het verbeteren van technologieën voor detectie, telecommunicatie en informatieverwerking, zeggen onderzoekers. Het concept, theoretisch, kan worden uitgebreid om 3D-objecten vanuit alle richtingen onzichtbaar te maken; een belangrijke stap in de ontwikkeling van praktische onzichtbaarheidsverhullingstechnologieën.

De meeste huidige verhulapparaten kunnen het object van belang alleen volledig verbergen als het object wordt verlicht met slechts één kleur licht. Echter, zonlicht en de meeste andere lichtbronnen zijn breedband, wat betekent dat ze veel kleuren bevatten. Het nieuwe apparaat, een spectrale onzichtbaarheidsmantel genoemd, is ontworpen om willekeurige objecten volledig te verbergen onder breedbandverlichting.

De spectrale mantel werkt door selectief energie over te dragen van bepaalde kleuren van de lichtgolf naar andere kleuren. Nadat de golf door het object is gegaan, het apparaat herstelt het licht in zijn oorspronkelijke staat. Onderzoekers demonstreren de nieuwe aanpak in optiek , Het tijdschrift van de Optical Society voor onderzoek met een hoge impact.

"Ons werk betekent een doorbraak in de zoektocht naar onzichtbaarheidsverhulling, " zei José Azana, Nationaal Instituut voor Wetenschappelijk Onderzoek (INRS), Montreal, Canada. "We hebben een doelobject volledig onzichtbaar gemaakt voor observatie onder realistische breedbandverlichting door de verlichtingsgolf door het object te verspreiden zonder waarneembare vervorming, precies alsof het object en de mantel niet aanwezig waren."

Eerdere hindernissen overwinnen

Bij het bekijken van een object, wat je echt ziet, is de manier waarop het object de energie van de lichtgolven die ermee interageren wijzigt. De meeste oplossingen voor onzichtbaarheidsverhulling omvatten het veranderen van de paden die licht volgt, zodat golven zich rondom voortplanten, in plaats van door, een voorwerp. andere benaderingen, genaamd "tijdelijke verhulling, " knoeien met de voortplantingssnelheid van het licht zodat het object tijdelijk wordt verborgen als het gedurende een voorgeschreven tijd door de lichtstraal gaat.

In beide benaderingen, verschillende kleuren van een inkomende lichtgolf moeten verschillende paden volgen terwijl ze door het verhulapparaat reizen, waardoor ze verschillende hoeveelheden tijd nodig hebben om hun bestemming te bereiken. Deze wijziging van het tijdelijke profiel van de golf kan het voor waarnemers duidelijk maken dat iets niet is zoals het zou moeten zijn.

"Conventionele cloaking-oplossingen zijn afhankelijk van het veranderen van het voortplantingspad van de verlichting rond het te verbergen object; op deze manier verschillende kleuren nemen verschillende hoeveelheden tijd in beslag om de mantel te doorkruisen, wat resulteert in een gemakkelijk waarneembare vervorming die de aanwezigheid van de mantel verraadt, " zei Luis Romero Cortés, Nationaal Instituut voor Wetenschappelijk Onderzoek (INRS). "Onze voorgestelde oplossing vermijdt dit probleem door de golf door het doelobject te laten voortplanten, in plaats van eromheen, terwijl nog steeds elke interactie tussen de golf en het object wordt vermeden."

Kleuren herschikken

Azaña en zijn team hebben dit bereikt door een methode te ontwikkelen om verschillende kleuren breedbandlicht te herschikken, zodat de lichtgolf zich door het object voortplant zonder het daadwerkelijk te "zien". Om dit te doen, het verhulapparaat verschuift eerst de kleuren naar gebieden van het spectrum die niet worden beïnvloed door voortplanting door het object. Bijvoorbeeld, als het object groen licht weerkaatst, dan zou het licht in het groene deel van het spectrum naar blauw kunnen worden verschoven, zodat er geen groen licht meer zou zijn om te reflecteren. Vervolgens, zodra de golf het object heeft verwijderd, het verhulapparaat keert de verschuiving om, het reconstrueren van de golf in zijn oorspronkelijke staat.

Het team demonstreerde hun aanpak door een optisch filter te verbergen, dat is een apparaat dat licht absorbeert in een voorgeschreven reeks kleuren terwijl het andere kleuren licht doorlaat, dat ze verlichtten met een korte puls van laserlicht.

Het verhulapparaat werd geconstrueerd uit twee paar van twee in de handel verkrijgbare elektro-optische componenten. De eerste component is een dispersieve optische vezel, die de verschillende kleuren van een breedbandgolf dwingt om met verschillende snelheden te reizen. De tweede is een temporele fasemodulator, die de optische frequentie van licht wijzigt, afhankelijk van wanneer de golf door het apparaat gaat. Een paar van deze componenten werd voor het optische filter geplaatst, terwijl het andere paar erachter werd geplaatst.

Het experiment bevestigde dat het apparaat de lichtgolven kon transformeren in het frequentiebereik dat zou zijn geabsorbeerd door het optische filter, keer het proces vervolgens volledig om terwijl de lichtgolf het filter aan de andere kant verliet, waardoor het lijkt alsof de laserpuls zich door een niet-absorberend medium heeft voortgeplant.

Cloaking gebruiken

Hoewel het nieuwe ontwerp verder moet worden ontwikkeld voordat het kan worden vertaald in een Harry Potter-stijl, draagbare onzichtbaarheidsmantel, het gedemonstreerde spectrale verhulapparaat kan nuttig zijn voor een reeks beveiligingsdoelen. Bijvoorbeeld, huidige telecommunicatiesystemen gebruiken breedbandgolven als datasignalen om informatie over te dragen en te verwerken. Spectral cloaking zou kunnen worden gebruikt om selectief te bepalen welke bewerkingen op een lichtgolf worden toegepast en welke er gedurende bepaalde tijdsperioden "onzichtbaar" voor worden gemaakt. Dit kan voorkomen dat een afluisteraar informatie verzamelt door met breedbandlicht een glasvezelnetwerk af te tasten.

Het algemene concept van omkeerbaar, door de gebruiker gedefinieerde herverdeling van spectrale energie zou ook toepassingen kunnen vinden die verder gaan dan onzichtbaarheidsverhulling. Bijvoorbeeld, het selectief verwijderen en vervolgens herstellen van kleuren in de breedbandgolven die worden gebruikt als telecommunicatiegegevenssignalen, zou het mogelijk kunnen maken meer gegevens over een bepaalde link te verzenden, helpen om blokkades te verminderen naarmate de vraag naar gegevens blijft groeien. Of, de techniek zou kunnen worden gebruikt om enkele belangrijke problemen in de huidige breedbandtelecommunicatieverbindingen te minimaliseren, bijvoorbeeld door het signaalenergiespectrum te reorganiseren om het minder kwetsbaar te maken voor dispersie, niet-lineaire verschijnselen en andere ongewenste effecten die datasignalen aantasten.

Terwijl de onderzoekers spectrale verhulling aantoonden wanneer het object vanuit slechts één ruimtelijke richting werd verlicht, Azaña zei dat het mogelijk moet zijn om het concept uit te breiden om een ​​object onzichtbaar te maken onder verlichting vanuit elke richting. Het team is van plan om hun onderzoek naar dit doel voort te zetten. Ondertussen, het team werkt ook aan het bevorderen van praktische toepassingen voor spectrale verhulling in één richting in eendimensionale golfsystemen, zoals voor op glasvezel gebaseerde toepassingen.