CN110095830A - 一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件。包括直棱柱器件，直棱柱器件内部设有“回”字型直棱柱结构区，“回”字型直棱柱结构区的侧面与直棱柱器件的最外侧棱柱侧面呈45°夹角，且直棱柱器件的中心点与所述“回”字型直棱柱结构区的中心点重合，“回”字型直棱柱结构区将整个直棱柱器件分为三个区域，由外层至内层分别为边界区域，回字型区域和中心区域，回字型区域采用的材料的折射率低于边界区域和中心区域采用的材料折射率，边界区域和中心区域采用相同折射率材料。本发明具有结构简单，成本低廉，隐身效果好，偏振无关，工作波段宽等优点，且在集成器件、光学隐身、科普教育等领域具有潜在的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，属于光学隐身技术领域。
背景技术
隐身器件具有巨大的潜在应用市场，国内外许多研究小组也展开了众多的科学研究。比如，在航空航天等领域，隐形飞机就是应用了防雷达，防红外，可见光，激光，声纳等隐身技术。它们的物理机理就是尽量降低目标自身发出或反射外来信号的强度，使其低于探测器的门槛值；或使目标与环境反差规律混乱，造成探测仪器测量和识别上的困难。但现有的隐身技术还是集中在微波段，在可见光波段飞机仍然清晰可见。在2006年，帝国理工学院实验小组基于空间坐标变换设计出电磁波隐身器件。但这种器件的问题是结构复杂，材料成本昂贵，工作波段窄。以上发明都有一定的局限性，因此我们的研究热点是设计出一种简易材料制成的新型隐身器件。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，解决了现有隐身器件存在的成本昂贵，结构设计复杂，工作频率窄等问题。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，包括直棱柱器件，所述直棱柱器件内部设有“回”字型直棱柱结构区，所述“回”字型直棱柱结构区的侧面与所述直棱柱器件的最外侧棱柱侧面呈45°夹角，且所述直棱柱器件的中心点与所述“回”字型直棱柱结构区的中心点重合，所述 “回”字型直棱柱结构区将整个直棱柱器件分为三个区域，由外层至内层分别为边界区域，回字型区域和中心区域，所述回字型区域内填充的介质材料的折射率低于边界区域和中心区域内填充的介质材料的折射率，所述边界区域和中心区域内填充的介质材料采用同种高折射率材料。
优选地，所述中心区域的最内层存在一个隐身区域，用于放置被隐身物体。
优选地，所述边界区域，回字型区域和中心区域的边界材料均采用各向同性、均匀、透明的材料。
优选地，所述“回”字型直棱柱结构区的每一个表面均镀有增透减反膜。
优选地，所述增透减反膜采用多层膜结构。
优选地，所述 “回”字型直棱柱结构区的截面为正方形。
有益效果：本发明提供一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，具有结构简单，易于制备，偏振无关，工作波段宽等优点，以各向同性介质作为制备隐身器件的材料，其成本低廉且易于实现，适用于可见光波段，具有隐身空间大、隐身效果好等特点，且在集成器件、光学隐身、科普教育等领域具有潜在的应用前景。
附图说明
图1是本发明的光学隐身器件的俯视图；
图2是本发明的光学隐身器件的结构示意图；
图3是理论计算的光线通过本发明所述光学隐身器件时的轨迹图；
图4是本发明的实施例一实际演示图；
图中：边界区域001a，回字型区域002a、中心区域（包括隐身区域）003a、入射平行光001b、出射光004b。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案做了进一步的详细说明：
如图1所示，一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，包括直棱柱器件，所述直棱柱器件内部设有“回”字型直棱柱结构区，所述“回”字型直棱柱结构区的侧面与所述直棱柱器件的最外侧棱柱侧面呈45°夹角，且所述直棱柱器件的中心点与所述“回”字型直棱柱结构区的中心点重合，如图1所示，所述“回”字型直棱柱结构区的对角线垂直于最外侧棱柱侧面，即回”字型直棱柱结构区的侧面与所述直棱柱器件的棱柱侧面呈45°夹角。所述 “回”字型直棱柱结构区将整个直棱柱器件分为三个区域，由外层至内层分别为边界区域，回字型区域和中心区域，所述回字型区域内填充的介质材料的折射率低于边界区域和中心区域内填充的介质材料的折射率，所述边界区域和中心区域内填充的介质材料采用同种高折射率材料。本发明中，整个结构为直棱柱结构，侧棱高度不受限制，而其内部存在“回”字型棱柱结构，与所述直棱柱器件的最外侧棱柱侧面成45度，回字型区域内为低折射率材料，而其它区域（边界区域和中心区域）为同种高折射率材料。本发明，直棱柱器件的水平截面可为多边形，只需要满足所述“回”字型直棱柱结构区的对角线垂直于直棱柱器件的一棱柱侧面，即回”字型直棱柱结构区的侧面与所述直棱柱器件的其中一棱柱侧面呈45°夹角，即能实现隐身效果。
优选地，所述中心区域的最内层存在一个隐身区域，用于放置被隐身物体，隐身区域的范围由隐身装置的结构和材料的折射率确定，可以通过折射定律来计算，属于常规计算，故而未加详述。
优选地，所述边界区域，回字型区域和中心区域的边界材料均采用各向同性、均匀、透明的材料。且各自的折射率在可见光波段范围内变化不大，即选取折射率变化微弱或不明显的材料作为各区域的边界材料。
优选地，所述“回”字型直棱柱结构区的每一个表面均镀有增透减反膜。
优选地，所述增透减反膜采用多层膜结构，并且根据“回”字型直棱柱结构区界面两侧材料的折射率和光线透射方向决定。
优选地，所述 “回”字型直棱柱结构区的截面为正方形。
本发明的设计原理依据如下：
光从一种介质射向另一种介质的平滑界面时，一部分光被界面反射，另一部分光透过界面在另一种介质中折射，折射光线服从折射定律，即入射角的正弦与折射角的正弦成正比。因此利用界面两侧材料折射率的不同，可以使光线偏离原先的传输方向。
为了使光线偏离被隐身物体以后，又可以再次重组成平面光出射，本装置采取了斜45°角的回字型结构，当入射光从边界区域穿透回字型区域进入中心区域后，光线会与它的入射光相互平行，而且离开回字型区域以后的出射光与入射光相互重合，即该“回”字型直棱柱结构区可以在将入射光偏离隐身区域以后，又按照入射的方式重组，从而达到隐身效果。
如图1和2所示，“回”字型直棱柱结构区将整个直棱柱器件分为三个区域，由外层至内层分别为边界区域001a，回字型区域002a和中心区域（包括隐身区域）003a。
如图3所示，光线通过本发明所述光学隐身器件时的理论轨迹图，001b为入射平行光，边界区域001a和中心区域003a为高折射率区域，002a为低折射率回字型区域，003a中的灰色区域为隐身区域，004b为重组后的出射光。其中，灰色带箭头直线为光路，根据折射定律，垂直矩形表面入射的光线001b，穿过回字型区域002a后，其在003a内的光线与入射光线相互平行 ；且由于回字型区域002a的折射率低于其它区域001a和003a的折射率，所以没有光线会经过003a中的隐身区域，从而实现隐身效果，而光线再一次经过回字型区域后，会修复原来的偏离，从而回归最初的入射位置，并且重新组合成完整的平面光。由图3所知，该隐身装置可从4个与外表面垂直的方向实现其隐身效果。
实施例一：如图4所示的是本发明的实际演示图，选取玻璃作为边界材料。在高折射率区域001a和003a区域内加满水，作为001a和003a区域内填充的介质材料，且保持折射率相同。回字型区域002a内为空气。实验时，在暗室条件下，我们将物体置于003a区域内的隐形区域内，定量向回字型区域002a内加水。从图3中可以看到，当回字型区域002a内全部为空气时，由于水的折射率大于空气，光线会向两侧折射。所以一开始是看不见物体在槽内的部分，如图4中的4（a）所示。但通过在回字型区域002a内加水也就是改变其折射率，可以看到物体逐渐浮现出，如图4中的4（b）、4（c）和4（d）所示。这一实验反向验证了本器件的隐身效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，其特征在于，包括直棱柱器件，所述直棱柱器件内部设有“回”字型直棱柱结构区，所述“回”字型直棱柱结构区的侧面与所述直棱柱器件的最外侧棱柱侧面呈45°夹角，且所述直棱柱器件的中心点与所述“回”字型直棱柱结构区的中心点重合，所述 “回”字型直棱柱结构区将整个直棱柱器件分为三个区域，由外层至内层分别为边界区域，回字型区域和中心区域，所述回字型区域内填充的介质材料的折射率低于边界区域和中心区域内填充的介质材料的折射率，所述边界区域和中心区域内填充的介质材料采用同种折射率材料。
2.根据权利要求1所述的一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，其特征在于，所述中心区域的最内层存在一个隐身区域，用于放置被隐身物体。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型同轴正四棱柱光学隐身器件，其特征在于，所述边界区域，回字型区域和中心区域的边界材料均采用各向同性、均匀、透明的材料。
4.根据权利要求3所述的新型同轴正四棱柱光学隐身器件，其特征在于，所述“回”字型直棱柱结构区的每一个表面均镀有增透减反膜。
5.根据权利要求4所述的新型同轴正四棱柱光学隐身器件，其特征在于，所述增透减反膜采用多层膜结构。
6.根据权利要求1或4所述的新型同轴正四棱柱光学隐身器件，其特征在于，所述 “回”字型直棱柱结构区的水平截面为正方形。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114200550A (zh) * | 2021-09-22 | 2022-03-18 | 上海新力动力设备研究所 | 一种三维物体隐形装置及其设计方法 |
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- 2019-05-07 CN CN201910376171.7A patent/CN110095830A/zh active Pending
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