Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Cloaking. Making something appear invisible.

Cloaking. Making something appear invisible. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen
Författare: Lars Kroon, Niklas Wellander
Ort: Linköping
Sidor: 41
Utgivningsår: 2014
Publiceringsdatum: 2014-12-23
Rapportnummer: (FOI-R--3837--SE)
Nyckelord Osynlighetsmantlar, kamouflage, signaturer
Keywords Cloaking, invisibility, camouflage, signatures
Sammanfattning Cloaking innebär att man med hjälp av metamaterial gör objekt osynliga genom att kontrollera den elektromagnetiska strålningen. Objekten finns fortfarande kvar i verkligheten men de elektromagnetiska vågorna böjs runt objektet utan att påverkas av det. I den här rapporten går vi igenom teori och experiment för cloakingkonceptet och ger exempel på möjliga konstruktioner och vad de kan åstadkomma. Slutsatsen av analysen är att permittiviteten och permeabiliteten hos en osynlighetsmantel måste vara både starkt anisotrop (riktningsberoende) och inhomogen (bestående av olika material). Genom att tillverka kompositmaterial som efterliknar dessa egenskaper har man demonstrerat cloaking för mikrovågor i 2D. De resonanta strukturer som utgör manteln begränsar bandbredden. Det kvarstår utmaningar för realiseringar i 3D. Däremot kan man sopa saker under mattan utan att ta till resonanta strukturer. Så kallade "carpet cloaks" som gör att ojämna ytor ser plana ut har realiserats bredbandigt för infrarött ljus. Man har också experimentellt demonstrerat cloaking för akustik och värmeledning i 2D. I det akustiska fallet har manteln mekaniska egenskaper som böjer ljudvågor runt ett objekt under vatten. Försvarsmakten kan vara intresserad av att utveckla teknologin för att dölja ubåtar från sonar eller för att skapa en ny klass av smygfartyg. I rapporten ger vi vidare exempel på s.k. antimagneter, bestående av två material. Dessa fungerar som osynlighetsmantlar för statiska, homogena magnetfält och kan ge viktiga fördelar i att reducera den magnetiska signaturen av fartyg eller ubåtar. De experiment som gjorts under de senaste åren visar att det åtminstone i 2D är möjligt att bygga strukturer som kröker vågors utbredning kring hinder. För vågutbredningsproblem kommer bandbredden troligen vara starkt begränsad. För statiska problem och värmeledning finns inga sådana begränsningar. Slutligen kommer, som med många andra forskningsområden, arbete med cloaking att ge upphov till en mängd andra tillämpningar där det är önskvärt att kontrollera energiflödet även om dessa kanske inte är lika spektakulära som fenomenet cloaking.
Abstract Cloaking, based on transformation optics, describes the process of shielding something from view by controlling electromagnetic radiation. Objects in the defined location are still present, but incident waves are guided around them without being affected by the object itself. In this report, we review the theories and experiments behind the cloaking concept and suggest what devices might realistically be expected in the near future and what is likely to prove impossible. The analysis shows that the permittivity and permeability of an invisibility cloak must be highly anisotropic (directionally dependent) and inhomogeneous (composed of different materials). By manufacturing composite materials that mimic these properties cloaking has been demonstrated for microwaves in 2D. The resonant structures that constitute the shell limit the bandwidth of operation. There remain challenges for implementations in 3D. However, one can sweep things under the carpet without resorting to resonant structures. So-called carpet cloaks that make rough surfaces look flat have been realized over a broad band of frequencies in the infrared light. Cloaking has been experimentally demonstrated for acoustic wave propagation and thermal conduction in 2D. In the acoustic case, the metamaterial shell has mechanical properties that bend sound around an object under water. The Swedish Armed Forces may be interested in developing this technology to hide submarines from sonar, or to create a new class of stealth ships. We also give examples of antimagnets in 3D, consisting of two homogenous and isotropic materials. These structures act as invisibility cloaks for static uniform magnetic fields and can provide significant benefits in reducing the magnetic signature of ships or submarines. The experiments made in recent years show that it is possible to build structures that bend waves and heat around obstacles in 2D. In the future we expect to see 3D demonstrations. The bandwidth will likely be severely limited for wave propagation problems. For static problems and heat conduction there are no such limitations. Finally, as with many grand challenges, it will probably be the case that the technology being developed will have many more applications than cloaking. The ability to design and build a system that exerts detailed control over the flow of energy is a powerful tool that is bound to find many applications, though perhaps not all of quite such a sensational nature as a cloak.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182