三、變換光學(xué)的應(yīng)用表現(xiàn)

(1)新型微波器件

變換光學(xué)在新型微波器件上的應(yīng)用比較有代表性的就是隱身斗篷的設(shè)計(jì)。隱身斗篷也可以稱為微波隱身斗篷，是利用納米硅質(zhì)材料(超材料的一種)對(duì)光線吸收或折射，進(jìn)而達(dá)到讓穿戴物體隱身的效果。微波隱身斗篷的物理效果得以實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵點(diǎn)就在于納米硅質(zhì)材料對(duì)原始光束傳播的轉(zhuǎn)變，曾有人形象的將微波隱身斗篷的物理原理比喻為河水(原始光束)繞過(guò)鵝卵石(納米硅質(zhì)材料)，這也是變換光學(xué)在學(xué)術(shù)界立足的研究定點(diǎn)。

另外，隨著國(guó)內(nèi)外眾多專家對(duì)隱身斗篷的研究不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)關(guān)系到隱身斗篷成敗的超材料不再局限于納米硅質(zhì)。單質(zhì)黃金、導(dǎo)電銀和氟化鎂疊合物等材料都具備實(shí)現(xiàn)隱身斗篷物理效果的能力。只是受限于原材料的成本過(guò)于高昂，此項(xiàng)技術(shù)研究仍在進(jìn)行中。

相信在不久的將來(lái)，適合制造隱身斗篷的超材料會(huì)被研制出來(lái)，并將變換光學(xué)技術(shù)大量應(yīng)用到納米成像、半導(dǎo)體工業(yè)、軍事建設(shè)等領(lǐng)域中去。

(2)表面等離子體激元器件

實(shí)際上，表面等離子體積元是在金屬表面發(fā)生的一種電磁振蕩現(xiàn)象，是金屬內(nèi)部自由電子和光子相互作用形成的結(jié)果。其基本原理是，電磁波在傳播過(guò)程中接觸到金屬表面時(shí)會(huì)因?yàn)閯?dòng)力沖撞引起金屬表層的自由電子產(chǎn)生集體震動(dòng)，并且自動(dòng)因子的電磁波和被動(dòng)因子的自由電子在沖撞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一種沿著金屬表面?zhèn)鞑サ男滦碗姶挪?垂直方向動(dòng)力迅速衰減，甚至消失)。

變換光學(xué)在表面等離子體激元器件上的應(yīng)用可以劃分為兩個(gè)方向：金屬表面內(nèi)部的光束傳播控制和金屬表面垂直方向的光束傳播控制。其中，金屬表面內(nèi)部的光束傳播控制是在等離子體激元的表層界面上進(jìn)行原始光束傳播的改變，但不改變等離子體激元垂直界面上的原始光束傳播,比較有代表性的應(yīng)用有面內(nèi)隱身器件、改變光波寬度、改變光波方向、表面等離子體黑洞、分束器件等。與之相對(duì)，金屬表面垂直方向的光束傳播控制的物理原理是在等離子體激元的垂直界面上進(jìn)行原始光束傳播的改變，但不改變等離子體激元表層界面上的原始光束傳播，比較有代表性的應(yīng)用有解決金屬介質(zhì)表面的不平整情況。

(3)新型熱力變換器件

嚴(yán)格來(lái)講，變換光學(xué)在新型熱力變換器件上的應(yīng)用是一個(gè)“模仿”。在人們發(fā)現(xiàn)了變換光學(xué)的基本原理后，科學(xué)家們開(kāi)始思考能否使用類似原理實(shí)現(xiàn)熱力擴(kuò)散上的傳輸變換。

經(jīng)過(guò)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，此想法是可行的，具有代表性的應(yīng)用有熱力集中器、旋轉(zhuǎn)熱場(chǎng)器、熱力隱身斗篷等。但是，熱力是以能量的形式存在，不像光波、磁場(chǎng)那樣具有特定規(guī)律的傳播軌道，所以，新型熱力變換器件在熱能傳播方向人為控制上只能實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的操作。例如，熱能隱形斗篷只能在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)熱力場(chǎng)改變影像呈現(xiàn)，而這種理想效果要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)下去需要大量的輔助工具。

(4)多物理場(chǎng)隱身器件

變換光學(xué)在多物理場(chǎng)隱身器件上的應(yīng)用并沒(méi)有比新型微波隱形器件復(fù)雜多少，只是一個(gè)技術(shù)性的疊加。顧名思義，多物理場(chǎng)就是多個(gè)物理場(chǎng)的疊加，相互影響。上面講述的新型微波隱形器件只是在超材料的作用下對(duì)原始光束進(jìn)行手段單一的傳輸變換。但是，當(dāng)多層次超導(dǎo)材料匯集成一個(gè)復(fù)雜的光束傳輸環(huán)境時(shí)，就達(dá)到了光束變換疊加的效果，其本質(zhì)上還是利用單一的手段，只不過(guò)增加了特定變換次數(shù)，呈現(xiàn)出了更復(fù)雜、更穩(wěn)定的光學(xué)物理現(xiàn)象。比較有代表性的應(yīng)用有多物理場(chǎng)隱身仿真實(shí)驗(yàn)室、三維雙層隱身斗篷等。

四、結(jié)語(yǔ)

從概念上來(lái)講，變換光學(xué)不是一個(gè)特別復(fù)雜的定義，只是通過(guò)超材料達(dá)到了改變光束傳播的目的;從分析角度來(lái)講，變換光學(xué)是一個(gè)多元化的空間問(wèn)題，牽扯到了光離子在傳播途中位置和能量的變化，但適用于其原理研究的方法已經(jīng)足夠完善;從應(yīng)用表現(xiàn)來(lái)講變換光學(xué)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究還處于初級(jí)階段，由于材料和技術(shù)的限制，其科技應(yīng)用實(shí)現(xiàn)之路可謂任重道遠(yuǎn)。