浙大的光学隐身技术是怎么回事？
只看示意图的话完全没有科技含量啊我看着像是小学生科技制作的水平啊。或者说这就是个原理示意而已？在浙江大学工作的马云贵教授说，他的研究小组很快将宣布一项最新成果：一种能让物体不被热感应器或金属感应器检测到的装置。马云贵的装置只有火柴盒那么大，但它可以被加大，足够让武器逃避安检。
马云贵说：“去年我前往巴黎参加了一个关于光学隐身研究的国际讨论会，我发现至少三分之一的研究者来自中国。近几年似乎获得资金很容易，你一申请就能获得批准。”嗯，题目我改了一下，感觉是新闻配的图有问题。
（内有大量干货）我来说一下。首先这篇文章不是水货。这篇文章出发点是变换光学。普及一下变换光学。变换光学是基于麦克斯韦方程的空间变换前后的不变性。也就是说电磁波还是按照原来的路线走，它不知道空间变了没有。我们把变换前后的空间分别叫做虚拟空间和物理空间(实际空间)，比如chen做的这个正六边形隐身衣，虚拟空间是真空的正六边形（图1（a）），物理空间是隐身衣和中间的那块区域（图1（b）），中间那块区域实际上是从由虚拟空间的一个点变过来的，隐身衣就是从虚拟空间里的正六边形变过来的，隐身衣外面的空间不变。可以看到虚拟空间和物理空间每个区域都是一一对应的。现在给出来变换前后的空间的关系，接下来就是采用所谓的变换光学来确定变换后也就是实际的参数。图（1） 正六边形隐身衣图（2）实际结构和效果图（2）实际结构和效果当然理论上是很优美和简单的，但是实际上是很难实现的。这是由于参数存在的奇点（从一个点到一个面）。所以完美的隐身衣目前来说是没有希望的。所以现在做的隐身衣都是简化的。这个结构也是简化的，完美的正多边形隐身衣需要两种材料，由于另外一种材料是需要超光速的，所以现在来做很难做出来，况且是光波段。这个结构简化成只用一种材料，方解石，一种双折射晶体。所以整个结构就是六片方解石。但是还不够，还要把这种个结构放在一种油里面（折射率是1.72），具体的原因是由方解石的折射率的决定的。在这篇文章（ref.1 (2012)）发出来之前，在2011年，其实已经有两篇用类似的材料做的地毯式隐身衣，发表在nature communication(ref.2)和PRL(ref.3)（搞物理的人知道这是什么档次），图（3）就是zhang做的。解释一下地毯式隐身衣，就是把一个隐身衣罩在一面镜子上，然后物体就可以参在隐身衣下面，外面的人只能看到一面镜子，不能看到隐身衣里面的东西。这个结构比chen的更加简单，就是由两片对称的双折射晶体构成。这个成果被physics world评为2010年十大科技进展。为什么呢，这么简单的结构，小学生都可以做。这是因为隐身衣做到光频段是很难的，通常要采用纳米技术，所以早几年之前做的光学隐身衣都是大实验室做的，另外整个隐身衣通常只有几个波长，可以想想，就几百纳米的几倍，最多几微米。zhang的这个呢关键是采用了自然材料，做到了几十个毫米，或者说几千个波长，又非常好制备，所以有很突出的贡献。关注TED的可能会知道，去年zhang就去主讲过，展示的就是他的地毯式隐身衣。图（3）地毯式隐身衣图（3）地毯式隐身衣有人说别人搞的隐身衣都是用超材料的呀，你这个不用，是不是不够高端。这个是不对的，隐身衣不是说越搞越复杂，要有实际效果才算好。微波段的隐身衣通常是用超材料做的，比较好制备，微波段隐身衣见图（4）。图（4）微波段隐身衣图（4）微波段隐身衣另外在去年，chen又发表了一篇nature communication（ref.4），见图（5），这次的结构更加简单，材料也更加普通，就采用的是玻璃，水，和空气。（有人又说了，这么简单，小学生都会呀。）我来讲讲背后的科学原理。为什么不用双折射晶体呀。因为人眼对光的相位和极化是不敏感的，所以这部分信息其实可以删去的。删去有什么好处呢？如果采用光学变换制作的隐身衣一定不会是宽频带的，或者说只对一种颜色的光隐身。这是因为隐身衣中存在超光速现象，这就必然导致只对一个频率隐身（这里涉及到材料的电磁特性，我就不细讲了）。为什么要超光速呢，这是因为完美的隐身衣要保证相位一致。考虑正对隐身衣的那条光线，它先打到隐身衣的内边界上，然后绕着内边界到另一端。这束光肯定要比真空中的光走得快。（对比图（5）左右两幅图的黄色线）图（5）由于隐身衣右边的黄色线更长，为了保证变换前后的光程一直，右边的光必然要超过真空中得光速，图（5）由于隐身衣右边的黄色线更长，为了保证变换前后的光程一直，右边的光必然要超过真空中得光速，图（5） 正六边形光线隐身衣原理及实验效果现在呢，chen考虑到人眼的问题，去掉了这个相位一致的条件，所以呢大大简化了设计，并且可以得到宽频带的隐身衣。这是这篇文章最大的贡献吧。另外一个贡献就是采用的材料更加普通，更加易得。而且被隐身的是超大的物体（相对于光的波长）。虽然只有在六个方向有效，可是仍然是可见光隐身器件的一个进步吧。隐身衣发展了这么多年，该做的都做的差不多了，剩下的都是硬骨头，想要突破也越来越难了。所以chen的这两项工作是我觉得还是挺有价值的。另外说说马云贵的工作，他们制作的是热导隐身衣，见图（6）（ref. 5）。热导隐身衣比电磁隐身衣更加容易制作，简单的说，这是因为热导隐身衣只需要考虑一个参数，即热导率，而电磁隐身衣需要考虑两个参数磁导率和介电常数。从形式上来说，热导隐身衣对应于静磁隐身衣或者静电隐身衣。马的隐身衣是最早的几个热导隐身衣之一，所以能发不错的期刊。不过他们的隐身衣还是太复杂了，由多层材料组成。最近zhang等制作了只有两种介质的三维热导隐身衣，见图（7）（ref. 6）。图（6） 马制作的多层材料的二维热导隐身衣。图（6） 马制作的多层材料的二维热导隐身衣。图（7）双层材料的三维热导隐身衣。图（7）双层材料的三维热导隐身衣。p.s. 如果对超材料感兴趣可以点这里：Reference1.Chen, H., & Zheng, B. (2012). Broadband polygonal invisibility cloak for visible light. Scientific reports, 2.2.Chen, X., Luo, Y., Zhang, J., Jiang, K., Pendry, J. B., & Zhang, S. (2011). Macroscopic invisibility cloaking of visible light. Nature Communications, 2, 176.3.Zhang, B., Luo, Y., Liu, X., & Barbastathis, G. (2011). Macroscopic invisibility cloak for visible light. Physical Review Letters, 106(3), 033901.4. Chen, H., Zheng, B., Shen, L., Wang, H., Zhang, X., Zheludev, N. I., & Zhang, B. (2013). Ray-optics cloaking devices for large objects in incoherent natural light. Nature communications, 4.5. Ma, Y., Lan, L., Jiang, W., Sun, F., & He, S. (2013). A transient thermal cloak experimentally realized through a rescaled diffusion equation with anisotropic thermal diffusivity. NPG Asia Materials, 5(11), e73.6. Xu, H., Shi, X., Gao, F., Sun, H., & Zhang, B. (2014). Ultrathin Three-Dimensional Thermal Cloak. Physical review letters, 112(5), 054301.
本来我是很讨厌喷子的，不过这次也许要做一回喷子。本人就是搞纳米光子的，对相关领域还算有一点了解，前面的回答有正确的地方，但还没完全说到点子上隐身衣这个东西在理论上有很多研究，具体来说理论基础就是楼上所说的transformation optics（话说上周才听了这个理论的发明人john pendry的talk，想到这个东西确实很聪明，能不能有实际应用另说），简单的讲就是把空间拉伸变换跟实际空间的介电常数和磁导率联系起来，这样的话理论上讲你可以设计任何奇怪的空间变换（比如说隐身衣），然后只要你能找到合适的材料（基本上需要一些很奇怪的材料），就能做出隐身衣来了。好了问题就在这里，理论归理论，实际是实际，从transformation optics 的角度来说，要做出隐身衣，必须要有负折射率的材料，也就是介电常数和磁导率都为负的材料，这种材料在自然界是不存在的，但是可以通过人工模拟出来，具体来说就是在普通介质里加入一些金属环谐振器之类的东西，这样在宏观上看就成为负折射率了。可是问题是可见光的波长在几百纳米的量级，要把几百纳米看做一个宏观长度（相比于你的精细结构），所需要的制造工艺需要在10纳米的量级，更严重的是还要把制造出来的平面结构立体化（例如折叠），在目前的工艺条件下是做不到的。所以说隐身衣在微波段已经做出来了（至少很窄的带宽下是这样的），但是可见光据我所知还没有。回到浙大的这篇paper，问题就在于完全回避了transformation optics，用所谓的ray optics来做隐身衣，这可以说就是一种投机行为，看起来实现了隐身，实际上只有在那个角度可以，观察角变化一个5°就不行了（原文里有）。说实在的这根本就不叫隐身衣（起码按照领域的定义来说），这样的东西我拿个照相机在另一边把照片拍下来然后在这一边放个显示屏也一样可以做到，难道也是隐身衣？再说一点就是不是说因为这个东西有不完善的地方所以喷，别人做的隐身衣也没有效果多么的好，但这就好像你要去另一个地方，其实只有一条路，但是因为很难走，所以你才走到一半，结果我偏偏要说另外还有一条路，然后我说我走到的地方比你离目的地更近，可是我前面根本就是不通的。这个也是这样，用ray optics和正常材料（折射率为正）理论上就是不可能做出隐身衣的，所以才会觉得这篇文章很扯。我跟这边的学长也讨论过这篇文章，当时就觉得很扯，但还没想到一个很好的词语来形容，看了前面的觉得很确切，没错，就是科学小制作的节奏。话说回来，没有要抨击浙大或者某个老师的意思，这个问题是学术圈的通病，不要以为发表在nature子刊上的就一定是好文章，natue子刊，甚至正刊上毫无意义的灌水文其实多如牛毛，很多时候全在于你故事讲得怎么样。所以中国的学者做这种工作，说不上什么好事，也算不上坏事，既然人家愿意收，何乐而不为。
根据这张新闻图片来看，是利用几何光学让中间的六边形小孔看起来小一些。左右是对称的，所以平行光进平行光出，这样在观察者方向看棱镜后面的物体就没有畸变。根据这张新闻图片来看，是利用几何光学让中间的六边形小孔看起来小一些。左右是对称的，所以平行光进平行光出，这样在观察者方向看棱镜后面的物体就没有畸变。我觉得这个设计牛逼的地方是棱镜材料的折射率，假设最外面的是空气，六个胖一点的三角形是他们用的某种晶体，通常情况下，对于可见光，晶体的折射率大于空气的折射率，空气的折射率只比真空大一点点，常见的玻璃折射率是1.5左右，水是1.33，钻石的折射率更大，2.4左右。根据高中物理里面学过的菲涅尔折射公式，从折射率小的材料到折射率大的材料，折射角会比入射角小。但是在这个图里面，以左上角的棱镜为例，明显光线向上弯折了，就是说折射角比入射角大，所以这个晶体的折射率是小于空气折射率的。这个是怎么做到的我觉得很神奇。
论文在此：「」，有兴趣的可以看一下。PS：无脑喷的一律没有帮助&反对。此外，我也不指望那几个喷子能有一点耐心去看一下发表的论文。就算设计是小学生制作水平，用的材料是钇铝榴石你不订制真的搞不到，更何况你算不出用什么glass可以实现。说句不好听的：「你行你上」。
（相关新闻中的概念简图）其变换光学解释如下：可以认为论文成果是对该理论简化应用后得出的不完善的产物。如 所述：「超级材料的结构计算的再好微纳加工水平跟不上造不出来还是干瞪眼。」我相信他们团队最理想的结构设计是这样的：（抱歉手头没法画图只好跟度娘要几个比较贴合的）采用合适的特向异性多晶体使得在尽可能多的方向上实现隐身效果，但是不遂人愿，材料造不出来只能从最简单的做起一步步逼近。采用合适的特向异性多晶体使得在尽可能多的方向上实现隐身效果，但是不遂人愿，材料造不出来只能从最简单的做起一步步逼近。于是有了这样的成果：当时的新闻同时还提到了：「团队还有微波隐身产品等」。相比可见光波段隐身产品，恐怕这个被有意无意忽略掉的才是最有价值的。不研究光学材料所以没更多干货了，匿了。利益相关：理科生，没发过论文，不知道NC口碑如何。从第二年7.39的Sci Rep、12年10.12来看，倾向于该杂志含金量较高。参考文献：李慧.基于共形变换的隐身衣研究[D].苏州大学,2013.
是否有科技含量：科研成果是否有科技含量基本可以通过相关论文发表情况判定。本文发表在NPG Asia Materials，大名鼎鼎的Nature集团的子刊。2012年影响因子在9附近（基本2以上就算可接受得了），通过率百分之25左右，审稿时间六个月。Ref1: Ref2: 其实，马云贵教授的成果是针对热探测调控热扩散方程系数来实现隐身的，有兴趣可以看上面的论文，题主给的图根本跟文章不搭界啊，先把内容看好了再喷好么喷友。Ref3: 关于隐形材料的问题可以见
中的Metamaterial部分。据我相关方向的同学说，目前的确是非常好拿经费但是想做出可应用的成果来真的很难。超级材料的结构计算的再好微纳加工水平跟不上造不出来还是干瞪眼。// 最后用 同学的一句话送给LS两位同学：「：请分清评论与回答的区别，// 不要把「这题好难啊，老师我不会啊」写在试卷上。」
渣渣，飞过去喂斯大林！我大日本帝国的心神相位隐形战斗机表示不服。
第一，对本题下方瞎bb的人表示强烈的指责，没有干货就请你闭嘴，已经点上反对+没有帮助第二，评判一个科研成果是否有科技含量，首先要看文章出处，发表于何种期刊，影响因子如何，它的引文是否准确，对此成果是否有效。之前的回答已经很好地解释了这一点第三，关于隐身的原理，的关于折射率的问题我想是Metamaterial，这个方向的理论计算已经做得很好，可以改变已知的菲涅尔反射与折射定律，本学期我的一份小报告也是做的有关于Metamaterial的东西。第四，关于题主最后说的都是中国人在做，猜测一下，这是因为大家都认识做Metamaterial理论计算的一个中国人，关于菲涅尔定律的修改也是出现在他的Paper里的Ref:Yu N, Genevet P, Kats M A, et al. Light propagation with phase discontinuities: generalized laws of reflection and refraction[J]. Science, 54): 333-337.
门外汉，不知有没有关系。我就放个视频：
变换光学，准保角变换。热隐身，光学隐身，这其实很多学校光学方向都有在研究。总得来说就是坐标变换了，但是麦克斯韦方程前后不变，光被大角度偏折，入射进物体就如平面镜反射一样回来，不经过物体散射就看不见物体了。其实这些大多还是停留在实验室吧，一些特定波段下。
另我感到奇怪的是paper竟然是信电系发的（通信工程和电子科学与技术两个专业），而不是光电或者材料系= =另外已得搞笑诺贝尔奖。好吧请折叠我好吧请折叠我
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