利用薄膜對視覺隱身的研究

刁揚軒　黃凱

摘? 要：在傳統認知中，薄膜屬于大部分滿足人們日常需求的必備品，不過一旦經過特殊工藝加工，其作用也會在更多領域體現出來。如在用納米級別的超材料將光彎曲時，外部的觀察者可能看不到內部，不過內部也會無法看見外部的視野，此時可以借助各向異性的反隱身層材料，與隱身衣折射率相對立的超材料將光滲透進來，為了使滲透入的光更清晰，還可以增添一層投射膜以增加透射光的光強，從而實現利用薄膜來輔助視覺隱身的效果。

關鍵詞：薄膜? 視覺隱身? 超材料? 光偏移

中圖分類號：TB34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）12（b）-0069-03

Abstract： In the traditional cognition， film is the most necessary product to meet people's daily needs， but once it is processed by special technology， its role will be reflected in more fields. For example， when bending light with nano scale metamaterials， the external observer may not see the inside， but the interior will also be unable to see the external field of vision. At this time， with the help of anisotropic anti stealth layer materials， metamaterials opposite to the refractive index of invisibility cloak can penetrate the light. In order to make the infiltrated light clearer， a projection film can be added to increase the transmitted light So as to realize the effect of using thin film to assist visual stealth.

Key Words： Thin film; Visual stealth; Metamaterial; Light shift

對于近年來美、英、中、日等國對隱身的研究，或利用超材料將其實現使光彎曲的操作。在此我們提出了利用薄膜等相關科學技術來實現對視覺隱身的輔助或實現。如同在利用oled發出使觀察者迷惑的景象時，為了避免反光或微小光波滲漏，可使用增透膜和濾光片。因此本文詳細探討利用薄膜該如何輔助實現視覺隱身的效果及給出其現實實現的理論依據。

1? 如何用薄膜實現隱身或隱身輔助

現今大部分薄膜是利用塑料，橡膠，膠粘劑等。存在的薄膜種類大多也是光學薄膜，復合薄膜，超導薄膜，聚酯薄膜，尼龍薄膜，塑料薄膜等[4]。對于復合薄膜，是由多層不同材料薄膜復合而成的高分子，若要用其來實現光學上的一些性質，操作十分困難，不過可以復合一些特有光學薄膜來實現更多的功能，但鑒于市面上如今大多利用如聚乙烯pe，聚丙烯pp等塑料薄膜，玻璃紙，紙張，金屬箔AL等此類的復合薄膜，對于復合光學薄膜的研究卻很少，所以若從此方面入手著實還需要一長段時間的支撐。

超導薄膜呢，是利用蒸發，噴涂等方法沉積出的厚度小于1μm的超導材料。目前實用的有高溫，低溫兩類，低溫超導薄膜是用于制造各種電子器件的，其優勢僅在均勻性，一致性，隧道結的制備及各種集成電路的工藝方面，是對于電器方面有巨大作用的薄膜。聚酯薄膜是用聚對苯二甲酸乙二醇酯為原料制成的薄膜，是環保膠片，pet膠片等各種膠片印刷包裝所用，且大范圍用于玻璃鋼、建材、醫藥、印刷等領域，仍屬于塑料型薄膜，是用于包裝，保護作用類的薄膜。對尼龍薄膜來說，與塑料薄膜作用類似，因其具有的強韌人，好的透明性，大的抗張強度，大的拉伸強度，較好的耐熱及耐寒性，耐油性，耐磨性，耐穿刺性及阻氧性，是大范圍在食品保鮮，運輸，物體的保護方面應用的，若在以oled，變色led，micro led等實現的視覺隱身上，可添加這一層輔助保護材料，來防止器件的磨損及損壞。

干涉濾光片可吸收某些特定波段的波長，如由平板玻璃或明膠片制成的顏色濾光片，和只能讓紅外等長波段透過的薄膜濾光片。最后的分光鏡只是用于分離不同波段的光束的，對視覺隱身也不會起到太大的作用。要說有幾分希望的更多的應該是濾光片。由視覺隱身的原理，即當白光或不同波段的光即將照射于物體表面輪廓上時，若利用某種特殊涂料或特殊薄膜，又或是在物體表面上裝有許多特有微小粒子產生的場，而這些微小粒子就是只能在實驗室里經過特殊手段制造出來的，這種粒子可謂說在某種程度上脫離了自然的規律，因為對于有質量的物體才會收到電場，磁場，引力場與強相互作用與弱相互作用力場，而對于光子靜質量為0，而動質量目前在中國探測出的最大值也僅為8×10^-22kg，若放在宏觀大尺度的改變上，想行通就僅可能只得裝載無數個微型反質量小黑洞的前提下，使光路大尺度上發生改變，而這亦是如今不可取的。想要直觀描述萬有引力所造成的細微影響，我們可簡單計算光線通過大質量物體所偏離的立體角。計算如下：為了確定天體軌道，我們利用哈密頓—雅可比方程：

這里若將太陽的質量與軌道半徑帶入，可大致算出其偏移角僅為S（r）=1.75″。而要想實現視覺隱身讓光線偏移的角度一般都是以度論處，且我們對每個所觀察，即需要隱身的物體大多情況是低于地球尺度的，而這樣的情形下，光一般可視為沿直線傳播。

與萬有引力場所造成的光偏移不同，有類由實驗室里制造出的超材料的將一些共振微結構巧妙組合于一種組態，這種組態形成的電磁材料可將入射來的電磁波負折射，即形成了一種介電常數與磁導率都是負的材料，在材料中時其相速度與玻印亭向量發平行，即會向與正折射率入射后的光路相反[7]。如圖1。

2? 利用薄膜輔助超材料

在超材料實現的視覺隱身中，利用分子束外延使光子晶體類超材料物質達到對不同區間光波段彎曲不同程度的要求，這種對不同光波段的不同彎曲程度，最終實現的效果是如同白光一樣含有紅橙黃綠藍靛紫七種組分的光都能讓被觀察者觀測的物體所入射于其表面輪廓的光分成七束及以上的波段繞過物體偏射出去，最后到達后面的物體繼而沿原路線再混合成白光反射回來。

若在由超材料覆蓋的界面上，再鍍一層電光薄膜材料，這層電光薄膜材料再連接一個調制電路，通過改變電路的頻率，電壓的大小來改變這種電場的場強大小及方向[5]。由此需要通過計算機相應環境的編程，再通過硅基片的各種處理，制作出一種能產生隨環境光路的變化而命令調整其電壓且頻率大小的芯片，再通過一個個這種小的芯片控制調制電路[6]。調制電路改變電壓使其電光材料薄膜折射率的改變，并在超材料負折射率的配合下，完美的改變其光路[1]。使得本該射到物體的光由于偏移一定角度后，繼續直線傳播射到后方物體，再經過攜帶有后方物體信息的光波按原路返回到了觀察者的人眼中[2]。由這種電光材料輔助的光學性質薄膜便能騙過觀察者的眼鏡，使他僅看到后方的物體。如圖2是可供參考的調制電路設計。其由電光材料組成的回音壁諧振腔，可進行交叉調制的光電振蕩器[3]。

3? 結語

所以要實現視覺隱身的輔助或真正從薄膜層面去達到隱身，只能從光學薄膜和分子束外延兩方面來討論了。光學薄膜是由薄的分層介質所構成的。經過界面并改變光一些特有的性質的一類光學介質材料。在調整好參數及加工工藝的情形下，對于視覺隱身的實現仍是有可行性的。

參考文獻

[1] 于娟，張斌珍，段俊萍，等.一種基于超材料的雙頻吸波器設計與實驗研究[J].測試技術學報，2020，34（4）：316-320.

[2] Man Luo，Xiangyuan Sang，Jing Tan，Juan Chen. A novel miniaturized metamaterial lens antenna[J]. International Journal of RF and Microwave Computer‐Aided Engineering，2020，30（7）：4-5.

[3] Wanli Meng，Baoyu Hou，Qiuhong Cao，Hongmei Lin，Wei Zhou，Zhaoxin Li，Dehua Li. Dynamically tunable high‐efficiency broadband terahertz linear polarization converter based on Dirac semimetal metamaterials[J]. Microwave and Optical Technology Letters，2020，62（8）：3-4.

[4] 單既鍶.光電材料的合成方法與功能[J].科技導報，2020，38（8）：112-113.

[5] 張倩.空間光場的非線性光學調制方法研究[D].西安：西北大學，2019.

[6] 饒生龍.基于光學調制的飛秒激光加工技術研究[D].合肥：中國科學技術大學，2019.

[7] 蔣強.負折射光子晶體中的反常物理效應的機理及實驗研究[D].上海：上海理工大學，2017.