近日，浙江大學葉德新教授、陳洪生教授團隊與南洋理工大學羅宇教授團隊就全參數變換光學器件的實際實現進行了研究。研究團隊基于線性變換光學和全向匹配透明超材料構成理論，設計并實現了一種能夠隱藏自由空間中大型物體的全參數全向隱形斗篷。該工作以“全參數全向變換光學器件”為第一作者發表在《國家科學評論》 2024年第3期上，浙江大學高遠博士為第一作者，羅宇教授、陳紅生教授和葉德新為通訊作者。

2006年，倫敦帝國理工學院的Pendry教授提出了變換光學，它描述了電磁波的傳播路徑與材料本構參數之間的對應關系，為控制電磁波提供了一種通用而有力的方法。過去十年見證了變換光學的快速發展，通過變換光學設計了隱形斗篷、電磁錯覺裝置、聚光器等各種新型光學器件。然而，變換光學介質的本構參數具有各向異性，且通常不均勻或具有奇異值，使其難以實現。例如，迄今為止已經實驗實現的全向隱形斗篷，總是在材料參數上進行一些簡化。簡化的設計犧牲了阻抗匹配，從而降低了變換光學器件的性能。

針對這些問題，課題組基于線性變換光學設計了僅由兩種均質材料組成的二維全參數全向平面隱形斗篷。第一種材料的本構參數是各向異性的，既有零值也有極值，并且沿光學方向傳播的電磁波具有無限相速度。該材料用于使電磁波能夠繞過隱身區域，并具有全向阻抗匹配和零相位延遲。第二種材料還具有各向異性本構參數，以實現全向阻抗匹配的相位補償，并且沿光學方向傳播的電磁波具有亞光速相速度。在實驗驗證中，研究人員對這兩種材料實現了TM偏振波的全參數本構參數。第一個是利用具有法布里-珀羅諧振的亞波長金屬貼片陣列實現的，而第二個是由傳統的工字形電諧振器和開環諧振器組成的結構實現的。最后，研究人員測量了由前兩種材料組成的全參數全向斗篷在不同角度的TM偏振波入射下周圍的磁場，表現出了優異的隱形性能。

這項研究展示了自由空間中第一個全參數全向隱形斗篷，它可以隱藏任意入射照明的大型物體。所實現的斗篷可以立即用于抑制雷達通信和雙基地檢測中目標的散射截面。這項工作中提出的方法對其他全參數變換光學器件的實際實現也具有深遠的影響。