徐林 陈焕阳

人们常说“眼见为实”，但有时候事实并不是我们所看到的那样。利用物质材料来控制光的传播，使光能按照人们的意愿行走，是当今光学研究领域的热点，其中一种应用就是“光学隐身”。现在让我们看看光学隐身技术究竟有哪些呢？

学习自然界的保护色

自然界中有很多动物，身体的颜色与周围环境很相似，这叫做保护色。这种保护色能帮助它们隐藏行踪，躲避天敌，使它们在这个弱肉强食的世界里拥有自己的一席之地。其实这就是一种很有效的隐身技术。受此启发，人们发明了迷彩服。当士兵们穿上这种衣服在自然环境中行军作战时，由于衣服与环境色彩相近，不会轻易被敌方发现，从而达到保护自己的目的。

减少反射信号

我们之所以能看到物体，是因为载有物体信息的光信号到达了我们的眼睛。减少物体的反射信号也是一种隐身技术。在现代战争中，雷达就是人的眼睛，它能看到电磁波（光也是电磁波）。如何有效地减少军事目标的反射信号，让雷达“看不见”，也早已成了各国竞相投资研发的焦点。第一代隐形飞机，如F-117“夜鹰”隐形战术轰炸机，它的机身被设计成折面结构，使得入射的电磁波信号无法原路返回。这样雷达就接收不到反射信号，无法探测飞机的信息，从而实现了飞机的隐身。而第二代隐形飞机，如B-2“幽灵”隐形战略轰炸机，它的表面是一种能够产生等离子体的涂料。在飞行中，由于该涂料的存在，飞机周围会形成一层带电薄膜（等离子体），能够吸收或散射掉雷达发出来的电磁波信号，这样雷达接收不到反射回来的电磁波，该飞机也就实现了隐身。使用了隐身技术的轰炸机在战争中能够神不知鬼不觉地打击敌军的重要目标，起到了“百万军中取上将首级”的作用。

将自己变得透明

在英国作家威尔斯创作的科幻小说《隐形人》中，主人公发明了一种方法，使得自己的折射率均匀分布并且跟周围环境一样，对光没有散射和吸收，这样他便变得“透明”了，别人就看不到他了。仔细一想，那么一个球状的空气体在空气中不也是透明的吗？答案是肯定的。把自身的折射率变成和周围环境一样，的确是很简单的实现隐身的方法。这种透明的隐身办法还可以存在于有折射率梯度变化的物体中，它就是“看不见”的球。这类球表面的折射率和环境一样，越到中心折射率越大，使得入射的光线不断偏折。当光线绕球心一圈离开球时，光线的传播方向和位置与来时的保持一致，从而使得球变得透明了，也就实现了隐身。但是这样的设想还只是停留在理论的探索之中。

从幻想变为现实的隐身衣

“看不见”的球能使自己隐身，其实有的东西除了能使自己不被看见，还能让藏在它里面的东西不被发现。“哈利·波特”系列小说中就有神奇的隐身衣，主人公穿上它可以隐蔽行踪。而在现实中，科学家们确实设计出了具有隐身功能的“衣服”，被隐身衣包裹的物体可以避免被外界观察到。是什么原因使这件衣服能够具有这种功能呢？原来，隐身衣是根据变换光学的方法精心设计的。它的每个地方的光学性质都是不同的，就像沙漠中能够产生海市蜃楼现象的空气层一样。当光照到它时，它会慢慢地偏折光的传播方向，然后再逐渐扳回光的传播方向。当光离开隐身衣的时候，它的传播方向就和来时一样，而且光也没有损耗。对于外界的观察者来说，光线好像是沿直线传播过来的，给人的感觉就是看不到隐身衣和它里面的物体。

制作隐身衣的材料性质很复杂，一般有两种，分别是各向异性和各向同性的材料。对于各向异性的材料来说，它在各个方向上表现出来的光学性质不一样。能实现隐身的各向异性的材料是由比光波长小很多的微小结构组成的。利用这样的微小结构，科学家们已经在电磁波的微波频段制备出简化了的隐身衣，并且证实了它的隐身效果。而对于各向同性的材料来说，它的折射率是渐变的。由于这种隐身衣对折射率变化的范围要求比较高，目前很难在实验上制备。值得一提的是，已有相关报道称可以优化这种材料的折射率，降低所需折射率的最大值，希望不久的将来可以真正看到这样的隐身衣！

光的折射

当我们将筷子伸进装了水的杯子里，筷子似乎在空气和水的交界面处断了。这是因为光在传播过程中发生了折射，改变了传播方向，从而“欺骗”了我们的眼睛。光在均匀物质中是沿直线匀速传播的，就像运动的物体不受外力时保持匀速直线运动一样。在不同的物质中，光的传播速度是不同的。人们一般用折射率表示各向同性物质的光学性质。折射率越大表示光的传播速度越小。真空环境的折射率是1，空气的折射率约等于1，水的折射率约是1.33。在空气和水的界面处，光会发生折射现象，使得光线的传播方向突然发生偏折，并且偏折角满足折射定理。这样就出现了水中的筷子仿佛断了的现象，其实这是一种错觉。

听了有关隐身的故事，你是不是觉得这个世界很奇妙？我们看到的东西有可能并不是真的，假象可以欺骗我们的眼睛，但是千万不要让它影响我们的判断力。