專利名稱：利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，屬于可見光隱身領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隱身一直是人類長(zhǎng)期以來的一種理想，但是隱身技術(shù)長(zhǎng)久以來一直沒有實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的隱形技術(shù)主要是在微波段，在物體表面涂抹能吸收雷達(dá)波的材料，防止目標(biāo)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)隱形，然而這種技術(shù)不是真正的隱身，而且在可見光波段，物體仍然是可見的。在光波段，現(xiàn)有的隱身技術(shù)主要還是軍事迷彩等，然而，這也只是一種偽裝而不是真正的從視線中消失。有一種隱身裝置，通過攝像頭和顯示屏，將一側(cè)的物體拍下后顯示在另一側(cè)， 但它的效果受圖像的質(zhì)量影響，而且需要額外的能量，裝置也比較復(fù)雜。還有一種方式，通過光纖，將光線從一側(cè)引導(dǎo)到另一側(cè)，從而繞過中間的物體，但這樣的裝置對(duì)光纖的工藝要求較高，而且只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上的隱身。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件。各向異性介質(zhì)是指電磁參數(shù)在各個(gè)方向上不同的物質(zhì)，本實(shí)用新型利用各向異性介質(zhì)的這一特殊性質(zhì)，將它應(yīng)用于隱身技術(shù)。本實(shí)用新型以異向介質(zhì)作為構(gòu)造整個(gè)光波段隱身器件的材料，通過光學(xué)變換法，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，選取合適的異向介質(zhì)電磁參數(shù)，從而得到構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、性能穩(wěn)定、具有四個(gè)方向隱身效果、適用于整個(gè)可見光波段的隱身器件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是本實(shí)用新型光波段隱身器件是由四個(gè)透明的各向異性介質(zhì)單元圍成的帶空腔的殼體，所述各向異性介質(zhì)單元為橫截面呈等腰梯形的柱體，每個(gè)各向異性介質(zhì)單元的橫截面的每個(gè)腰所在的側(cè)面與同其相鄰的各向異性介質(zhì)單元的橫截面的對(duì)應(yīng)腰所在的側(cè)面貼合在一起。所有各向異性介質(zhì)單元的橫截面的下底邊所在的側(cè)面圍成所述殼體的外壁，所有各向異性介質(zhì)單元的橫截面的上底邊所在的側(cè)面圍成所述殼體的內(nèi)壁，所述殼體的空腔用以放置欲被隱身的物體。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述各向異性介質(zhì)單元為電各向異性介質(zhì)和/或磁各向異性介質(zhì)。進(jìn)一步地，若所述各向異性介質(zhì)單元為電各向異性介質(zhì)，則本實(shí)用新型所述光波段隱身器件用于對(duì)TM(磁場(chǎng)方向垂直于各向異性介質(zhì)單兀的橫截面)極化的光線的隱身；若所述各向異性介質(zhì)單元為磁各向異性介質(zhì)，則本實(shí)用新型所述光波段隱身器件用于對(duì)TE(電場(chǎng)方向垂直于各向異性介質(zhì)單兀的橫截面)極化的光線的隱身；若所述各向異性介質(zhì)單元同時(shí)為電各向異性介質(zhì)和磁各向異性介質(zhì)時(shí)，則所述光波段隱身器件用于對(duì)全極化方向的光線的隱身。[0008]進(jìn)一步地,本實(shí)用新型所述各向異性介質(zhì)單元具有雙折射率。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述各向異性介質(zhì)單元的光軸方向根據(jù)所用的雙折射率物質(zhì)對(duì)于尋常光的折射率η。和非尋常光的折射率確定，當(dāng)n。> 時(shí)，所述各向異性介質(zhì)單兀的光軸方向與其橫截面的下底邊和上底邊垂直，當(dāng)n。< ne時(shí),各向異性介質(zhì)單兀的光軸方向與其橫截面的下底邊和上底邊平行。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述光波段隱身器件浸沒于透明的折射率匹配液中，當(dāng)η。> ne時(shí)，所述折射率匹配液的折射率^ =，且各向異性介質(zhì)單元的橫截面的下底
邊與上底邊之比當(dāng)n。< ne時(shí)，所述折射率匹配液的折射率0 =今，且各nl-n]^ne+no
向異性介質(zhì)單元的橫截面的下底邊與上底邊之比Q > η\+η\。
ne ~no進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述各向異性介質(zhì)單元的橫截面的腰與下底邊的夾角為45。。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型以各向異性介質(zhì)作為構(gòu)造光波段隱身器件的材料，光線通過該器件時(shí)，利用各向異性介質(zhì)控制光線的傳播方向，使光線繞過器件中心用于放置欲被隱身物體的空腔，并使出射光線方向與原入射光線傳播的方向相同，從而起到隱身的效果。本實(shí)用新型通過各向異性介質(zhì)單元圍成整個(gè)光波段隱身器件，構(gòu)造簡(jiǎn)單；不需要外加能量，也不需要較高的工藝，易于實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定；而且本實(shí)用新型光波段隱身器件具有四個(gè)方向隱身效果，適用于整個(gè)可見光波段。
圖I是本實(shí)用新型光波段隱身器件的各向異性介質(zhì)單元示意圖；圖2是本實(shí)用新型光波段隱身器件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是理論計(jì)算的光線通過本實(shí)用新型所述光波段隱身器件時(shí)的軌跡圖；圖中，I.各向異性介質(zhì)單元的上底面；2.各向異性介質(zhì)單元的下底面；3.各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的一個(gè)腰所在的側(cè)面；4.各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的另一個(gè)腰所在的側(cè)面；5.各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的下底邊所在的側(cè)面；6.各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的上底邊所在的側(cè)面；7.光波段隱身器件的空腔；8.光波段隱身器件的其中一個(gè)各向異性介質(zhì)單元；9.光波段隱身器件的其中一個(gè)各向異性介質(zhì)單元；10.光波段隱身器件的其中一個(gè)各向異性介質(zhì)單元；3a.各向異性介質(zhì)單元8的一個(gè)側(cè)面；[0029]4a.各向異性介質(zhì)單元8的另一個(gè)側(cè)面；3b.各向異性介質(zhì)單元9的一個(gè)側(cè)面；4b.各向異性介質(zhì)單元9的另一個(gè)側(cè)面；3c.各向異性介質(zhì)單元10的一個(gè)側(cè)面；4c.各向異性介質(zhì)單元10的另一個(gè)側(cè)面；11.折射率匹配液所在區(qū)域；12.折射率匹配液與各向異性介質(zhì)單元的交界面；13.相鄰兩個(gè)各向異性介質(zhì)單元的結(jié)合面； 14.各向異性介質(zhì)單元與折射率匹配液的交界面；15a.其中一束入射的光線的軌跡；15b.光線發(fā)生第一次折射后的軌跡；15c.光線發(fā)生第二次折射后的軌跡；15d.光線發(fā)生第三次折射后的軌跡。
具體實(shí)施方式
圖I所示為構(gòu)成本實(shí)用新型光波段隱身器件的各向異性介質(zhì)單元，該各向異性介質(zhì)單元為橫截面呈等腰梯形的柱體。圖2示出的是本實(shí)用新型光波段隱身器件的整體結(jié)構(gòu)示意圖，它是由四個(gè)各向異性介質(zhì)單元構(gòu)成，即每個(gè)各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的每個(gè)腰所在的側(cè)面與同其相鄰的各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的對(duì)應(yīng)腰所在的側(cè)面貼合在一起。具體地說，如圖2所示，將各向異性介質(zhì)單元8的側(cè)面3a與相鄰的各向異性介質(zhì)單元9的側(cè)面4b貼合在一起，將各向異性介質(zhì)單元8的另一個(gè)側(cè)面4a與同其相鄰的各向異性介質(zhì)單元10的側(cè)面3c貼合在一起，以此類推，從而形成一個(gè)由四個(gè)各向異性介質(zhì)單元的相鄰側(cè)面依次相接而圍成的正方形柱狀結(jié)構(gòu)的殼體，該殼體即為本實(shí)用新型的光波段隱身器件。從而，所有各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的下底邊所在的側(cè)面5圍成本實(shí)用新型光波段隱身器件的外壁，所有各向異性介質(zhì)單元的呈等腰梯形的橫截面的上底邊所在的側(cè)面6圍成本實(shí)用新型光波段隱身器件的內(nèi)壁，而由內(nèi)壁所圍成的空腔7則用來放置欲被隱身的物體。眾所周知，當(dāng)光線入射到兩個(gè)不同物體的交界面時(shí)，會(huì)發(fā)生折射，折射的方向跟光線入射的角度有關(guān)，也與兩個(gè)物體的折射率有關(guān)，具體遵循斯奈爾定律。普通物體的折射率在各個(gè)方向上都相同；而各向異性介質(zhì)由于其電磁參數(shù)在各個(gè)方向上的不同，故各向異性介質(zhì)的折射率在各個(gè)方向上也不相同，其光線的折射軌跡與普通物體的光線的折射軌跡完全不同。利用各向異性介質(zhì)這一特殊的性質(zhì)，可以用來控制光線折射的軌跡，達(dá)到普通材料沒法達(dá)到的效果。本實(shí)用新型的光波段隱身器件在工作時(shí)，需要將光波段隱身器件浸沒于折射率匹配液中，從而調(diào)整光線穿過構(gòu)成光波段隱身器件的各向異性介質(zhì)單元時(shí)的折射角度。折射率匹配液的折射率由各向異性介質(zhì)的電磁參數(shù)通過計(jì)算得出。本實(shí)用新型光波段隱身器件的具體電磁參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置如下各向異性介質(zhì)單元選用雙折射率物質(zhì)為材料，各向異性介質(zhì)單元的橫截面為等腰梯形，等腰梯形的腰與下底邊的夾角為45°。雙折射率物質(zhì)對(duì)于尋常光的折射率為n。，雙折射率物質(zhì)對(duì)于非尋常光的折射率為1，當(dāng)η。> I時(shí)，各向異性介質(zhì)單元的光軸方向與其橫截面的下底邊與上底邊垂直，折射率匹配液的折射率根據(jù)公式
權(quán)利要求1.一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，其特征是它是由四個(gè)透明的各向異性介質(zhì)單元圍成的帶空腔的殼體，所述各向異性介質(zhì)單元為橫截面呈等腰梯形的柱體，每個(gè)各向異性介質(zhì)單元的橫截面的每個(gè)腰所在的側(cè)面與同其相鄰的各向異性介質(zhì)單元的橫截面的對(duì)應(yīng)腰所在的側(cè)面貼合在一起；所有各向異性介質(zhì)單元的橫截面的下底邊所在的側(cè)面圍成所述殼體的外壁，所有各向異性介質(zhì)單元的橫截面的上底邊所在的側(cè)面圍成所述殼體的內(nèi)壁，所述殼體的空腔用以放置欲被隱身的物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，其特征是所述各向異性介質(zhì)單元為電各向異性介質(zhì)和/或磁各向異性介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，其特征是若所述各向異性介質(zhì)單元為電各向異性介質(zhì)，則所述光波段隱身器件用于對(duì)TM極化的光線的隱身；若所述各向異性介質(zhì)單元為磁各向異性介質(zhì)，則所述光波段隱身器件用于對(duì)TE極化的光線的隱身；若所述各向異性介質(zhì)單兀同時(shí)為電各向異性介質(zhì)和磁各向異性介質(zhì)時(shí)，則所述光波段隱身器件用于對(duì)全極化方向的光線的隱身。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，其特征是所述各向異性介質(zhì)單元具有雙折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，其特征是當(dāng)n0 > ne時(shí)，所述各向異性介質(zhì)單元的光軸方向與其橫截面的下底邊和上底邊垂直；當(dāng)n。< ne時(shí),各向異性介質(zhì)單兀的光軸方向與其橫截面的下底邊和上底邊平行；其中，η。表示所述各向異性介質(zhì)單元對(duì)于尋常光的折射率，I表示所述各向異性介質(zhì)單元對(duì)于非尋常光的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，其特征是所述光波段隱身器件浸沒于透明的折射率匹配液中，當(dāng)n。> 時(shí)，所述折射率匹配液的折射率
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件，其特征是所述各向異性介質(zhì)單元的橫截面的腰與下底邊的夾角為45°。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種利用各向異性介質(zhì)構(gòu)造的正方形柱狀光波段隱身器件。它是由四個(gè)透明的各向異性介質(zhì)單元圍成的帶空腔的殼體，各向異性介質(zhì)單元為橫截面呈等腰梯形的柱體，每個(gè)各向異性介質(zhì)單元的橫截面的每個(gè)腰所在側(cè)面與同其相鄰的各向異性介質(zhì)單元的橫截面的對(duì)應(yīng)腰所在側(cè)面貼合在一起；所有各向異性介質(zhì)單元的橫截面的下底邊所在側(cè)面圍成殼體的外壁，所有各向異性介質(zhì)單元的橫截面的上底邊所在的側(cè)面圍成殼體的內(nèi)壁，殼體的空腔用以放置欲被隱身的物體。光線通過本實(shí)用新型器件時(shí)，通過各向異性介質(zhì)控制光線的傳播方向，使其繞過中間的空腔，并使出射光線的方向與原入射光線的方向相同，從而具有四個(gè)方向的隱身效果，且適用于整個(gè)可見光波段。
文檔編號(hào)G02B6/00GK202614973SQ20112054470
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者陳紅勝, 鄭斌 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)