简析电磁隐身斗篷技术
摘要：本文以国内外研究成果为基础，归纳近年来各类电磁隐身斗篷技术，包括变换光学理论，超材料，超表面以及部分其他隐身技术，对其中的各类方法进行简要分析论述，并将结论以浅显易懂的形式展示在论文中，同时筛选出各类技术的研究重点，简化繁杂部分，对隐身斗篷感兴趣的读者在阅读本文时能更容易理解其背后蕴含的原理，同时对电磁斗篷发展有初步认识。
关键词：隐身斗篷；变换光学理论； 超材料； 超表面；其他技术；
一、文献综述
隐身斗篷是最先被提出的基于电磁超材料设计的隐身技术，该技术是科学家们从弯曲时空中得到启发，通过设计包覆物体的超材料单元及结构，从而控制电磁波在超材料中的传播，实现物体的“完美隐身”，可以形象地将这种隐身现象描述为水流流经一块圆石头，遇到阻挡后水流分开，再在石头的后面汇聚，继续沿原来的方向向前流动。隐身斗篷最先由 Pendry在2006 年提出，后经 Schurig 在实验室验证和实现，自此成为国际上电磁超材料应用研究的一个热点方向。隐身斗篷技术不同于传统的外形、材料等隐身技术，它是在目标周围包覆一层超材料斗篷以控制电磁波的传播方向，使物体在入射电磁波方向没有回波，从而无法被探测到。隐身斗篷技术理论上可实现完全隐身，无论什么外形、结构、材料的目标都能被隐身。根据斗篷控制电磁波方向的方式，隐身斗篷可分为绕射式隐身斗篷和反射式隐身斗篷。
绕射式隐身斗篷可使电磁波平滑地在斗篷表面绕过，不会照射到斗篷内的物体，实现空中目标的隐身。反射式隐身斗篷产生与地面相同的反射，实现地面目标的隐身，反射式隐身斗篷又称作隐身地毯
1968 年，苏联科学家 Veselago 假想了一种具有负介电常数和负磁导率的材料，并从理论上分析了该材料具有的诸多奇特性质，称为左手材料。英国帝国理工大学教授 Pendry
先后于 1996 年和 1999 年通过特殊的周期结构实现了负介电常数和负磁导率。2001
年，加州理工大学的 Shelby 将两种结构加以结合，实现了双负 ，并首次通过实验完成了超材料原理验证。2006 年，Pendry 首次提出变换光学理论来实现隐身斗篷。通过设计特定的电磁参数，可使光线沿着设定好的路线传播，图 6 就是Pendry 的方案示意图。同年，美国杜克大学的 Schurig 设计了一种特殊电磁参数分布的圆环，使得圆环内的物体实现隐身。从此，隐身斗篷技术得到了快速发展，并不断涌现新的隐身斗篷方案。超材料隐身技术及隐身斗篷的发展经过探索，目前正进行基础研究，部分领域已有应用探索研究。探索阶段以负折射率材料研究为牵引，有以下重要事件:1968 年: 苏联 Veslago 教授提出了负折射率材料的理论;1996 /99 年: 英国 Pendry 分别提出金属线和SＲＲ 实现了双负材料 ( 即具有负折射率和负磁导率) ;2001 年: 美国杜克大学 Smith 团队实验验证了负折射率材料;2002 年: 多伦多大学 Eleftheriades 团队提出了传输线负折射理论;2003 年: 加州大学 Caloz 团队提出了左右手复合传输线理论;2004 年: 美国爱荷华州立大学 Soukoulis 团队制备了 100 THz 磁超材料;2005 年: 英国伯明翰大学张爽等实验验证了近红外负折射率材料;2007 年: 美国爱荷华州立大学 Soukoulis 团队制备了光频负折射率材料;2009 年: 美国 Munk B A 教授著书《Metamateri-als-Critique and Alternatives》，对左手材料的观点提出批判;2011 年: 哈佛大学Capasso 团队提出了广义反射/折射定律。超材料隐身技术基础研究阶段以隐身技术发展需求为牵引，进行纵向拓展，横向融合。该阶段有以下重要事件:2006 年: Pendry 和 Smith 提出坐标变换方法，完成了微波频段窄带电磁隐身衣实验，开辟了以超材料为材料基础、以变换光学为设计手段的新型功能物理器件设计的先河，在纵向上拓展了超材料研究范围;2008 年: Smith 团队提出了超材料完美吸波体的概念;2009 年: Smith 团队完成了二维宽频带地毯隐身衣的实验验证;2010 年: 德国 Karlsruhe Institute of Technology制备了三维光频隐身衣。2015 年: 加州大学发表极薄绝缘超表面隐身斗篷研究情况［11］。由于可实现负折射率和电磁隐身衣等奇特功能，超材料技术 2010 年被《科学》杂志评为过去十年人类最重大的十项科技突破之一，引起全球瞩目。
