en
Назад
УДК: 535.36
Метаматериалы и проблема создания невидимых объектов. 2. Невидимые оболочки, скрывающие содержащиеся в них объекты от внешнего наблюдателя
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Шепилов М.П., Жилин А.А. Метаматериалы и проблема создания невидимых объектов. 2. Невидимые оболочки, скрывающие содержащиеся в них объекты от внешнего наблюдателя // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 6. С. 40–58.
Shepilov M.P., Zhilin A.A. Metamaterials and the problem of creating invisible objects. 2. Invisible shells that conceal the objects contained in them from an external observer [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2009. V. 76. № 6. P. 40–58.
M. P. Shepilov and A. A. Zhilin, "Metamaterials and the problem of creating invisible objects. 2. Invisible shells that conceal the objects contained in them from an external observer," Journal of Optical Technology. 76 (6), 350-363 (2009). https://doi.org/10.1364/JOT.76.000350
Успехи в проектировании и изготовлении метаматериалов с уникальными электромагнитными свойствами позволили поставить вопрос о возможности создания невидимых объектов. Ранее был проведен обзор работ по проблеме создания невидимых объектов, размер которых меньше или порядка длины волны электромагнитного излучения. Данная работа представляет вторую часть обзора, и речь в ней идет о проблеме создания невидимых оболочек произвольного размера, скрывающих содержащиеся в них объекты от внешнего наблюдателя. Описаны результаты теоретического прогнозирования структуры таких оболочек на основе метода пространственных преобразований. Представлены теоретические подходы к упрощению структуры оболочек и попытки экспериментальной реализации упрощенных оболочек. Отмечено появление нового направления теоретической оптики – оптики преобразований.
маскировка объектов, оболочка невидимости, оптика преобразований, метаматериалы, анизотропные оптические среды
Коды OCIS: 230.3205, 160.3918, 160.4760, 160.1190, 230.0230
Список источников:1. Шепилов М.П., Жилин А.А. Метаматериалы и проблема создания невидимых объектов: 1. Объекты с размерами меньше длины волны // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 12. С. 40–49.
2. Klar T.A., Kildishev A.V., Drachev V.P., Shalaev V.M. Negative-index metamaterials: going optical // IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics. 2006. V. 12. № 6. P. 1106–1115.
3. Жилин А.А., Шепилов М.П. Метаматериалы с отрицательным показателем преломления // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 4. С. 57–70.
4. Alu` A., Engheta N. Achiving transparency with plasmonic and metamaterial coatings // Phys. Rev. E. 2005. V. 72. № 1. 016623 (9).
5. Alu` A., Engheta N. Multifrequency optical invisibility cloak with layered plasmonic shells // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. № 11. 113901 (4).
6. Leonhardt U. Optical conformal mapping // Science. 2006. V. 312. № 5781. P. 1777–1780.
7. Pendry J.B., Schurig D., Smith D.R. Controlling electromagnetic fields // Science. 2006. V. 312. № 5781. P. 1780–1782.
8. Nachman A.I. Reconstructions from boundary measurements // The Annals of Mathematics, 2nd Ser. 1988. V. 128. № 3. P. 531–576.
9. Wolf E., Habashy T. Invisible bodies and uniqueness of the inverse scattering problem // J. Modern Optics. 1993. V. 40. № 5. P. 785–792.
10. Leonhardt U. Notes on conformal invisibility devices // New Journal of Physics. 2006. V. 8. 118 (16).
11. Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной. М.: Наука, 1967. 304 с.
12. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. М.: Наука, 1973. 736 с.
13. Ochiai T., Leonhardt U., Nacher J.C. A novel design of dielectric perfect invisibility devices // J. Math. Phys. 2008. V. 49. № 3. 032903 (13).
14. Leonhardt U., Tyc T. Broadband invisibility by non-Euclidean cloaking // Science. 2009. V. 323. № 5910. P. 110–112.
15. Ward A.J., Pendry J.B. Refraction and geometry in Maxwell’s equations // J. Modern Optics. 1996. V. 43. № 4. P. 773–793.
16. Smith D.R., Vier D.C., Koschny Th., Soukoulis C.M. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials // Phys. Rev. E. 2005. V. 71. № 3. 036617 (11).
17. Driscoll T., Basov D.N., Starr A.F., Rye P.M., Nemat-Nasser S., Schurig D., Smith D.R. Free-space microwave focusing by a negative-index gradient lens //
Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. № 8. 081101 (3).
18. Greegor R.B., Parazzoli C.G., Nielsen J.A., Thompson M.A., Tanielian M.H., Smith D.R. Simulation and testing of a graded negative index of refraction lens // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. № 9. 091114 (3).
19. Schurig D., Mock J.J., Justice B.J., Cummer S.A., Pendry J.B., Starr A.F., Smith D.R. Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies // Science. 2006. V. 314. № 5801. P. 977–980.
20. Розанов Н.Н. Невидимость: за и против // Природа. 2008. № 6. (см. http://elementy.ru/lib/430669 ).
21. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. 832 с. (см. табл. 6.5-1. С. 186–188).
22. Долин Л.С. О возможности сопоставления трехмерных электромагнитных систем с неоднородным анизотропным заполнением // Изв. вузов. Радиофизика. 1961. Т. 4. № 5. С. 964–967.
23. Cummer S.A., Popa B.-I., Schurig D., Smith D.R., Pendry J. Full-wave simulations of electromagnetic cloaking structures // Phys. Rev. E. 2006. V. 74. № 3. 036621 (5).
24. Greegor R.B., Parazzoli C.G., Li K., Tanielian M.H. Origin of dissipative losses in negative index of refraction materials // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. № 14. P. 2356–2358.
25. Pendry J.B., Holden A.J., Robbins∨ D.J., Stewart W.J. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1999. V. 47. № 11. P.2075–2084.
26. Smith D.R.,Schultz S., Markos P., Soukoulis C.M. Determination of effective permittivity and permeability of metamaterials from reflection and transmission coefficients // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. № 19. 195104 (5).
27. Chen X., Grzegorczyk T.M., Wu B.-I., Pacheco J., Kong J.A. Robust method to retrieve the constitutive effective parameters of metamaterials // Phys. Rev. E. 2004. V. 70. № 1. 016608 (7).
28. Cai W., Chettiar U.K., Kildishev A.V., Shalaev V.M. Optical cloaking with metamaterials // Nature Photonics. 2004. V. 1. P. 224–227.
29. Zhou J., Koschny T., Kafesaki M., Economou E.N., Pendry J.B., Soukoulis C.M. Saturation of the magnetic response of split-ring resonators at optical frequencies // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95. № 22. 223902 (4).
30. Podolskiy V.A., Sarychev A.K., Shalaev V.M. Plasmon modes in metal nanowires and left-handed materials // J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 2002. V. 11. № 1. P. 65–74.
31. Kildishev A.V., Cai W., Chettiar U.K., Yuan H.K., Sarychev A.K., Drachev V.P., Shalaev V.M. Negative refractionindex in optics of metal-dielectric composites // J. Opt. Soc. Amer. B. 2006. V. 23. № 24. P. 423–433.
32. Shalaev V.M. Nonlinear optics of random media: fractal composites and metal-dielectric films. Berlin: Springer, 2000. 159 p.
33. Garci′a de Abajo F.J., Go′mez-Santos G., Blanco L.A., Borisov A.G., Shabanov S.V. Tunneling mechanism of light transmission through metallic films // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95. № 6. 067403 (4).
34. Cai W., Chettiar U.K., Kildishev A.V., Shalaev V.M., Milton G.W. Nonmagnetic cloak with minimized scattering // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. № 11. 111105 (3).
35. Weder R. A rigorous analysis of high-order electromagnetic invisibility cloaks // J. Phys. A: Math. Theor. 2008. V. 41. № 6. 065207 (21).
36. Cai W., Chettiar U.K., Kildishev A.V., Shalaev V.M. Design for optical cloaking with high-order transformations // Optics Express. 2008. V. 16. № 8. P. 5444–5452.
37. Yan M., Ruan Z., Qiu M. Cylindrical invisibility cloak with simplified material parameters is inherently visible // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 99. № 23. 233901 (4).
38. Yan M., Ruan Z., Qiu M. Scattering characteristics of simplified cylindrical invisibility cloaks // Optics Express. 2007. V. 15. № 8. P. 17772–17782.
39. Collins P., McGuirk J. A novel methodology for deriving improved material parameter sets for simplified cylindrical cloaks // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2009. V. 11. 015104 (8).
40. Smolyaninov I.I., Hung Y.J., Davis C.C. Two-dimensional metamaterial structure exhibiting reduced visibility at 500 nm // Opt. Lett. 2008. V. 33. № 12. P. 1342–1344.
41. Liu R., J., Mock i CJ.J., Chin J.Y., Cui T.J., Smith D.R. Broadband ground-plane cloak // Science. 2009. V. 323. № 5912. P. 366–369.
42. Leonhardt U., Philbin T.G. General relativity in electrical engineering // New Journal of Physics. 2006. V. 8. 247 (18).
43. Schurig D., Pendry J.B., Smith D.R. Calculation of material properties and ray tracing in transformation media // Optics Express. 2006. V. 14. № 21. P. 9794–9802.
44. Chen H., Chan C.T. Transformation media that rotate electromagnetic fields // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. № 24. 241105 (3).
45. Schurig D., Pendry J.B., Smith D.R. Transformation-designed optical elements // Optics Express. 2007. V. 15. № 22. P. 14772–14782.
46. Chen H., Liang Z., Yao P., Jiang X., Ma H., Chan C.T. Extending the bandwidth of electromagnetic cloaks // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. № 24. 241104 (4).
47. Kildishev A.V., Cai W., Chettiar U.K., Shalaev V.M. Transformation optics: approaching broadband electromagnetic cloaking // New Journal of Physics. 2008. V. 10. 115029 (13).
48. Farhat M., Guenneau S., Movchan A.B., Enoch S. Achieving invisibility over a finite range of frequencies // Optics Express. 2008. V. 16. № 8. P. 5656–5661.
49. Shalaev V.M. Transforming light // Science. 2008. V. 322. № 5900. P. 384–386.
50. Yan W., Yan M., Ruan Z., Qiu M. Coordinate transformations make perfect invisibility cloaks with arbitrary shape // New Journal of Physics. 2008. V. 10. 043040 (13).
51. You Y., Kattawar G.W., Zhai P.-W., Yang P. Invisibility cloaks for irregular particles using coordinate transformations // Optics Express. 2008. V. 16. № 9. P. 6134–6145.
52. Jiang W.X., Chin J.Y., Li Z., Cheng Q., Liu R., Cui T.J. Analytical design of conformally invisible cloaks for arbitrarily shaped objects // Phys. Rev. E. 2008. V. 77. № 6. 066607 (6).
53. Wang W., Lin L., Yang X., Cui J., Du C., Luo X. Design of oblate cylindrical perfect lens using coordinate transformation // Optics Express. 2008. V. 16. № 11. P. 8094–8105.
54. Nicolet A., Zolla F., Guenneau S. Electromagnetic analysis of cylindrical cloaks of an arbitrary cross section // Opt. Lett. 2008. V. 33. № 14. P. 1584–1586.
55. Rahm M., Schurig D., Roberts D.A., Cummer S.A., Smith D.R., Pendry J.B. Design of electromagnetic cloaks and concentrators using form-invariant coordinate transformations of Maxwell’s equations // Photonics and Nanostructures. Fundamentals and Applications. 2008. V. 6. P. 87–95.
56. Li C., Yao K., Li F. Two-dimensional electromagnetic cloaks with non-conformal inner and outer boundaries // Optics Express. 2008. V. 16. № 23. P. 19366–19374.
57. Zhang P., Jin Y., He S. Cloaking an object on a dielectric half-space // Optics Express. 2008. V. 16. № 5. P. 3161–3166.
58. Li J., Pendry J.B. Hiding under the carpet: a new strategy for cloaking // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. № 20. 203901 (4).
59. Rahm M., Cummer S.A., Schurig D., Pendry J.B., Smith D.R. Optical design of reflectionless complex media by finite embedded coordinate transformations // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. № 6. 063903 (4).
60. Rahm M., Roberts D.A., Pendry J.B., Smith D.R. Transformation-optical design of adaptive beam bends and beam expanders // Optics Express. 2008. V. 16. № 15. P. 11555–11567.
61. Kundtz N., Roberts D.A., Allen J., Cummer S., Smith D.R. Optical source transformations // Optics Express. 2008. V. 16. № 26. P. 21215–21222.
62. Nicorovici N.A., McPhedran R.C. Optical and dielectric properties of partially resonant composites // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 12. P. 8479–8482.
63. Milton G.W., Nicorovici N.-A.P. On the cloaking effects associated with anomalous localized resonance // Proc. Roy. Soc. A. 2006. V. 462. № 2074. P. 3027–3059.
64. Miller D.A.B. On perfect cloaking // Optics Express. 2006. V. 14. № 25. P. 12457–12466.
65. Huang Y., Feng Y., Jiang T. Electromagnetic cloaking by layered structure of homogeneous isotropic materials // Optics Express. 2007. V. 15. № 18. P. 11133–11141.
66. Sun J., Zhou J., Kang L. Homogenous isotropic invisible cloak based on geometrical optics // Optics Express. 2008. V. 16. № 22. P. 17768–17773.