Ricercatori e ingegneri hanno a lungo cercato modi per nascondere gli oggetti manipolando il modo in cui la luce interagisce con essi. Un nuovo studio offre la prima dimostrazione di occultamento dell'invisibilità basato sulla manipolazione della frequenza (colore) delle onde luminose mentre attraversano un oggetto, un approccio fondamentalmente nuovo che supera le carenze critiche delle tecnologie di occultamento esistenti.

L'approccio potrebbe essere applicabile alla protezione dei dati trasmessi su linee in fibra ottica e anche contribuire a migliorare le tecnologie per il rilevamento, telecomunicazioni ed elaborazione delle informazioni, dicono i ricercatori. Il concetto, teoricamente, potrebbe essere esteso per rendere gli oggetti 3D invisibili da tutte le direzioni; un passo significativo nello sviluppo di tecnologie pratiche di occultamento dell'invisibilità.

La maggior parte dei dispositivi di occultamento attuali può nascondere completamente l'oggetto di interesse solo quando l'oggetto è illuminato con un solo colore di luce. Però, la luce del sole e la maggior parte delle altre sorgenti luminose sono a banda larga, il che significa che contengono molti colori. Il nuovo dispositivo, chiamato mantello dell'invisibilità spettrale, è progettato per nascondere completamente oggetti arbitrari sotto illuminazione a banda larga.

Il mantello spettrale opera trasferendo selettivamente energia da alcuni colori dell'onda luminosa ad altri colori. Dopo che l'onda è passata attraverso l'oggetto, il dispositivo ripristina la luce al suo stato originale. I ricercatori dimostrano il nuovo approccio in ottica , La rivista della Optical Society per la ricerca ad alto impatto.

"Il nostro lavoro rappresenta una svolta nella ricerca dell'occultamento dell'invisibilità, " disse José Azana, Istituto Nazionale di Ricerca Scientifica (INRS), Montreal, Canada. "Abbiamo reso un oggetto bersaglio completamente invisibile all'osservazione con un'illuminazione realistica a banda larga propagando l'onda di illuminazione attraverso l'oggetto senza distorsioni rilevabili, esattamente come se l'oggetto e il mantello non fossero presenti."

Superare gli ostacoli precedenti

Quando si visualizza un oggetto, quello che stai realmente vedendo è il modo in cui l'oggetto modifica l'energia delle onde luminose che interagiscono con esso. La maggior parte delle soluzioni per l'occultamento dell'invisibilità comportano l'alterazione dei percorsi che la luce segue in modo che le onde si propaghino intorno, piuttosto che attraverso, un oggetto. Altri approcci, chiamato "occultamento temporale, " alterare la velocità di propagazione della luce in modo tale che l'oggetto sia temporaneamente nascosto mentre attraversa il raggio di luce per un periodo di tempo prescritto.

In entrambi gli approcci, i diversi colori di un'onda luminosa in arrivo devono seguire percorsi diversi mentre viaggiano attraverso il dispositivo di occultamento, impiegando così tempi diversi per giungere a destinazione. Questa alterazione del profilo temporale dell'onda può far capire agli osservatori che qualcosa non è come dovrebbe essere.

"Le soluzioni di occultamento convenzionali si basano sull'alterazione del percorso di propagazione dell'illuminazione attorno all'oggetto da nascondere; in questo modo, colori diversi richiedono tempi diversi per attraversare il mantello, con conseguente distorsione facilmente rilevabile che tradisce la presenza del mantello, " ha detto Luis Romero Cortés, Istituto Nazionale di Ricerca Scientifica (INRS). "La nostra soluzione proposta evita questo problema consentendo all'onda di propagarsi attraverso l'oggetto bersaglio, piuttosto che intorno ad esso, pur evitando qualsiasi interazione tra l'onda e l'oggetto."

Riorganizzare i colori

Azaña e il suo team hanno raggiunto questo obiettivo sviluppando un metodo per riorganizzare i diversi colori della luce a banda larga in modo che l'onda luminosa si propaghi attraverso l'oggetto senza effettivamente "vederlo". Per fare questo, il dispositivo di occultamento prima sposta i colori verso le regioni dello spettro che non saranno influenzate dalla propagazione attraverso l'oggetto. Per esempio, se l'oggetto riflette la luce verde, quindi la luce nella porzione verde dello spettro potrebbe essere spostata in blu in modo che non ci sia luce verde da riflettere. Quindi, una volta che l'onda ha cancellato l'oggetto, il dispositivo di occultamento inverte il turno, ricostruire l'onda nel suo stato originale.

Il team ha dimostrato il loro approccio nascondendo un filtro ottico, che è un dispositivo che assorbe la luce in una serie prescritta di colori consentendo il passaggio di altri colori di luce, che illuminavano con un breve impulso di luce laser.

Il dispositivo di occultamento è stato costruito da due coppie di due componenti elettro-ottici disponibili in commercio. Il primo componente è una fibra ottica dispersiva, che costringe i diversi colori di un'onda a banda larga a viaggiare a velocità diverse. Il secondo è un modulatore di fase temporale, che modifica la frequenza ottica della luce a seconda di quando l'onda passa attraverso il dispositivo. Una coppia di questi componenti è stata posizionata davanti al filtro ottico mentre l'altra coppia è stata posizionata dietro.

L'esperimento ha confermato che il dispositivo era in grado di trasformare le onde luminose nella gamma di frequenze che sarebbero state assorbite dal filtro ottico, quindi invertire completamente il processo quando l'onda luminosa è uscita dal filtro dall'altra parte, facendo sembrare che l'impulso laser si sia propagato attraverso un mezzo non assorbente.

Mettere in pratica l'occultamento

Mentre il nuovo design avrebbe bisogno di ulteriori sviluppi prima di poter essere tradotto in uno stile Harry Potter, mantello dell'invisibilità indossabile, il dispositivo di occultamento spettrale dimostrato potrebbe essere utile per una serie di obiettivi di sicurezza. Per esempio, gli attuali sistemi di telecomunicazione utilizzano onde a banda larga come segnali di dati per trasferire ed elaborare le informazioni. L'occultamento spettrale potrebbe essere utilizzato per determinare selettivamente quali operazioni sono applicate a un'onda luminosa e quali sono "rese invisibili" ad essa in determinati periodi di tempo. Ciò potrebbe impedire a un intercettatore di raccogliere informazioni sondando una rete in fibra ottica con luce a banda larga.

Il concetto generale di reversibile, La ridistribuzione dell'energia spettrale definita dall'utente potrebbe anche trovare applicazioni al di là dell'occultamento dell'invisibilità. Per esempio, rimuovere selettivamente e successivamente ripristinare i colori nelle onde a banda larga utilizzate come segnali di dati di telecomunicazione potrebbe consentire la trasmissione di più dati su un determinato collegamento, aiutando ad alleviare gli ingorghi mentre la richiesta di dati continua a crescere. O, la tecnica potrebbe essere utilizzata per ridurre al minimo alcuni problemi chiave negli odierni collegamenti di telecomunicazioni a banda larga, ad esempio riorganizzando lo spettro di energia del segnale per renderlo meno vulnerabile alla dispersione, fenomeni non lineari e altri effetti indesiderati che compromettono i segnali dei dati.

Mentre i ricercatori hanno dimostrato l'occultamento spettrale quando l'oggetto è stato illuminato da una sola direzione spaziale, Azana ha detto che dovrebbe essere possibile estendere il concetto per rendere un oggetto invisibile sotto l'illuminazione da ogni direzione. Il team prevede di continuare la propria ricerca verso questo obiettivo. Intanto, il team sta anche lavorando per far avanzare applicazioni pratiche per l'occultamento spettrale unidirezionale in sistemi di onde unidimensionali, come per le applicazioni basate su fibre ottiche.