Spektral gizlilik teknolojisi: Gizliliği gerçeğe yaklaştırın!
Kılavuz
Son zamanlarda, Kanada Ulusal Bilim Enstitüsü'nün (INRS) en son araştırması, ilk kez, ışık dalgaları bir nesneden geçerken, ışık dalgalarının frekansının (renginin) bir görünmezlik pelerini elde etmek için manipüle edildiğini gösterdi. Bu araştırma sadece mevcut gizlilik teknolojisinin eksikliklerinin üstesinden gelmekle kalmaz, aynı zamanda algılama, iletişim ve bilgi işleme gibi birçok alana da uygulanabilir.
arka fon
"Harry Potter" film serisini izleyen arkadaşlar, Harry Potter'ın büyülü eşyasına aşinadır: görünmezlik pelerini. Görünmezlik pelerini taktıktan sonra, Harry Potter anında başkalarının gözünden kaybolabilir.
Belki bunun sadece sihir ve fantezi olduğunu düşünüyorsunuz, ancak bilim adamları bunu gerçeğe dönüştürmek için çok çalışıyorlar. Bilim adamları, nesneleri gizleme amacına ulaşmak için ışık ve nesneler arasındaki etkileşimi manipüle etmek için çeşitli yöntemler arıyorlar. Önce iki örneğe bakalım:
1) Almanya'daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar, görünmezlik pelerini oluşturmak için yeni bir tür dağınık ışık saçan ortam kullandılar.
Aşağıdaki resim, dağınık ışık saçan ortamdaki ışık yolunu göstermektedir.Sol taraftaki test nesnesi gölgeli iken, yeni ortamı kullanan sağdaki nesnenin gölgesi yoktur.
(Resim kaynağı: Karlsruhe Institute of Technology)
2) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Berkeley Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, metamalzemeler kullanarak görünmez bir pelerin geliştirdiler.Bu görünmez pelerin, görünür ışık, kızılötesi ve X ışınları ile gizlenecek hedef nesne arasındaki etkileşimi değiştirerek nesneyi görünmez hale getirebilir. .
(Resim kaynağı: Berkeley Lab)
Bir nesneyi gözlemlediğinizde, aslında gördüğünüz şey, nesnenin kendisiyle etkileşime giren ışık dalgalarının enerjisini değiştirmesidir. Önceden, çoğu görünmezlik pelerin şeması, ışık dalgalarının nesnenin içinden geçmek yerine etrafından dolaşması için ışığın yayılma yolunu değiştirdi. Işık dalgalarının yayılma hızını değiştiren "zamansal gizlilik" adı verilen başka şemalar da vardır, böylece nesneler ışından belirli bir süre içinde geçerek gizliliğe ulaşabilir.
Yukarıdaki iki çözümden bağımsız olarak, farklı renklerde gelen ışık dalgaları, gizli cihazdan geçerken farklı yollar boyunca hareket etmelidir, bu nedenle hedefe ulaşmak için gereken süre farklıdır. Gözlemciye ışık dalgalarının zaman özelliklerinde meydana gelen bu değişim, olması gerektiği gibi görünmeyen bir şey gibidir.
Yenilikçilik
Yukarıdaki sorunları çözmek için Kanada Ulusal Bilim Enstitüsü'nün (INRS) en son araştırması, ışık dalgaları bir nesneden geçerken, ışık dalgalarının frekansının (renginin) görünmezlik pelerini elde etmek için değiştirildiğini ilk kez gösterdi. Temelde bu, mevcut gizlilik teknolojisinin eksikliklerinin üstesinden gelen yepyeni bir çözümdür. Araştırmacılar bu şemayı, Optical Society of America'nın yüksek etkili bir dergisi olan Optica'da gösterdi.
Kanada Ulusal Bilimler Akademisi'nden Luis Romero Cortés şunları söyledi: Geleneksel gizlilik çözümü, gizlenecek nesnenin etrafına yayılması için ışığın yolunu değiştirmeye dayanır. Bu şekilde, farklı ışık renklerinin pelerinden geçmesi farklı zamanlar alır. Böylelikle kolayca algılanabilir bir distorsiyon meydana getirir, pelerin varlığını sızdırır. Önerdiğimiz çözüm, ışık dalgasının hedef nesnenin etrafında yayılmak yerine geçmesine izin verirken, ışık dalgası ile nesne arasındaki herhangi bir etkileşimden kaçınarak bundan kaçınılmasını sağlar. sorun."
Araştırmacılara göre çözüm, fiber optik hatlarda iletilen verileri korumak için kullanılabilir ve ayrıca algılama, iletişim ve bilgi işleme teknolojilerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Teoride, bu kavram üç boyutlu nesneleri her yönden görünmez hale getirmek için genişletilebilir ki bu, pratik görünmezlik pelerini teknolojisinin geliştirilmesinde önemli bir adımdır.
teknoloji
Mevcut birçok gizli aygıt, ilgilenilen nesneyi yalnızca nesne tek renkli ışıkla aydınlatıldığında tamamen gizleyebilir. Bununla birlikte, güneş ışığı ve diğer ışık kaynaklarının çoğu geniş banttır, yani birçok renk içerirler. "Spektral görünmezlik pelerini" adı verilen bu yeni cihaz türü, geniş bantlı ışık altında herhangi bir nesneyi tamamen gizleyebilir.
(Resim kaynağı: referans [2])
Spektral Pelerin, enerjiyi belirli bir renkteki ışık dalgalarından diğer renklere seçici olarak aktarabilir. Işık dalgası nesnenin içinden geçtikten sonra, cihaz ışığın orijinal durumunu geri yükleyebilir.
Kanada, Montreal'deki Ulusal Bilim Enstitüsü'nden José Azaña şunları söyledi: "Araştırmamız, görünmez pelerin gerçekleştirilmesinde önemli bir atılımı temsil ediyor. Aydınlık ışık dalgalarının gözle görülür bir bozulma olmadan nesnelerden geçmesini sağladık, böylece gerçek geniş bant aydınlatma elde edilebilir. Koşullar altında hedef nesne, tıpkı nesne ve pelerin olmadığı gibi, tamamen görünmezdir. "
Azaña ve ekibi, ışık dalgalarının nesneden geçmesi ve aslında "görünmez" olması için geniş bantlı ışıktaki farklı renkleri sıfırlamak için bir yöntem geliştirdi. Öncelikle, görünmez cihazın rengi nesneden geçerken etkilenmeyecek spektrum bölgesine kaydırması gerekir. Örneğin, bir nesne yeşil ışığı yansıtıyorsa, spektrumun yeşil kısmı maviye dönecek ve yeşil ışık yansıtılmayacaktır. Ardından, ışık dalgası nesneyi terk ettiğinde, gizli cihaz ışık dalgasını tersine çevirecek ve orijinal durumunda sıfırlayacaktır.
(Resim kaynağı: referans [2])
Ekip, diğer renklerin geçmesine izin verirken belirli ışık renklerini emebilen filtreyi görünmez hale getirerek çözümünü gösterdi. Filtreyi kısa lazer darbeleriyle ışınladılar.
Gizli cihaz, iki çift ticari iki elektro-optik bileşenden oluşur. İlk eleman, farklı renklerde geniş bantlı ışık dalgalarının farklı hızlarda yayılmasına izin veren dağıtıcı bir fiberdir. İkinci unsur, ışık dalgasının görünmez cihazdan geçtiği zamana göre ışığın optik frekansını değiştiren zaman fazı modülatörüdür. Bu elemanların bir çifti filtrenin önüne, diğer çifti ise filtrenin arkasına yerleştirilir.
(Resim kaynağı: Luis Romero Cortés ve José Azaña, INRS)
Deneyler, cihazın ışık dalgasını filtre tarafından emilen frekans aralığına değiştirebildiğini ve daha sonra ışık dalgası filtreyi diğer uçtan terk ettiğinde, bu işlemi tamamen tersine çevirerek emici olmayan bir lazer darbesi gibi görünmesini sağladığını kanıtlamıştır. Orta.
değer
Bu yeni tasarımın, Harry Potter tarzı giyilebilir bir pelerin haline getirilmeden önce daha da geliştirilmesi gerekmesine rağmen, deneysel olarak kanıtlanmış bu spektral gizli cihaz, bir dizi güvenlik hedefine ulaşmak için kullanılabilir. Örneğin, mevcut telekomünikasyon sistemleri, bilgiyi iletmek ve işlemek için veri sinyalleri olarak geniş bantlı ışık dalgalarını kullanır Spektral gizlilik teknolojisi, hangi işlemlerin ışık dalgaları üzerinde etkili olduğunu ve hangilerinin belirli bir süre içinde "görünmez" olduğunu seçici olarak belirlemek için kullanılabilir. Bu, "kulak misafiri olanların" geniş bantlı ışık algılayıcı fiber optik ağlar yoluyla bilgi toplamasını önleyecektir.
Bu tersine çevrilebilir, kullanıcı tanımlı spektral enerji yeniden dağıtımı kavramı, görünmezlik perdesi dışındaki alanlara da uygulanacaktır. Örneğin, telekomünikasyon veri sinyalleri olarak kullanılan geniş bantlı ışık dalgalarında renklerin seçici olarak kaldırılması ve ardından eski haline getirilmesi, belirli bir bağlantı yoluyla daha fazla verinin iletilmesine izin verir, bu da artan veri talebi durumunda veri tıkanıklığını hafifletir. . Veya bu teknoloji, mevcut geniş bant telekomünikasyon bağlantılarında var olan bazı temel sorunları, örneğin kromatik dağılmaya, doğrusal olmayan fenomenlere ve veri sinyallerine zarar veren diğer olumsuz etkilere karşı daha az duyarlı hale getirmek için sinyal enerji spektrumunu yeniden düzenlemek gibi mümkün olduğunca azaltabilir.
Araştırmacılar tarafından gösterilen spektroskopik gizlilik teknolojisi, yalnızca nesne tek bir uzaysal yönde ışıkla aydınlatıldığında uygulanabilir. Azaña, bu konseptin, nesnelerin herhangi bir yönden ışık altında görünmez olmasına izin verecek şekilde genişletilebileceğini söyledi. Ekip, bu hedefe yönelik araştırmalarına devam etmeyi planlıyor. Aynı zamanda, fiber tabanlı uygulamalar gibi tek boyutlu ışık dalgası sistemlerinde tek yönlü spektral görünmezlik teknolojisinin pratik uygulamasını ilerletmeye kararlıdırlar.
Anahtar kelime
Optik, gizlilik, iletişim, fiber, güvenlik
Referans
[1] https://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2018/spectral_cloaking_could_make_objects_invisible_(1)/
2 Luis Romero Cortés, Mohamed Seghilani, Reza Maram, José Azaña. Tersinir dalga frekansı-spektrum kontrolü ile tam alan geniş bant görünmezliği . Optica, 2018; 5 (7): 779 DOI: 10.1364 / OPTICA.5.000779
