本文關(guān)鍵詞：變換光學(xué)，漸變折射率器件及其應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自從2006年變換光學(xué)被首次用于設(shè)計電磁隱身衣以來,變換光學(xué)與新型的光學(xué)器件引起了科研人員的廣泛重視。這幾年來,變換光學(xué)理論也在不斷完善。與此同時,借助于變換光學(xué)設(shè)計的新型光學(xué)器件也越來越多。這些新型的器件包括：隱身衣,光學(xué)黑洞,光學(xué)幻象器件,光束變換器件,光能聚焦器件,光偏振控制器件等等。變換光學(xué)的理論也被擴展到熱學(xué),聲學(xué)等領(lǐng)域。變換光學(xué)的出現(xiàn)掀起了人們對新型器件的設(shè)計研究的熱潮。本文將從變換光學(xué)的基本理論出發(fā),首先給出散度和旋度在任意坐標(biāo)系統(tǒng)下的計算關(guān)系,進而得到麥克斯韋方程組在任意坐標(biāo)系統(tǒng)中的表達方式。基于麥克斯韋方程組在坐標(biāo)變換下的諧變性,我們引入物質(zhì)解釋的思想后,可以導(dǎo)出變換光學(xué)的基本公式。此后,我們將基于本文導(dǎo)出的變換光學(xué)基本公式,設(shè)計一些新型的光學(xué)器件,以及一些新型的可以調(diào)控靜磁場的器件。我們將借助于變換光學(xué)理論和數(shù)值模擬方法對這些器件的性能進行深入研究和分析。我們首先將介紹如何借助于變換光學(xué)來設(shè)計一個可以用于擴展相位陣列天線掃描角度的天線罩。實際當(dāng)中相位陣列天線的掃描范圍受到種種因素限制,而在現(xiàn)有的相位陣列天線基礎(chǔ)上加入我們設(shè)計的天線罩之后,可以擴展器掃描范圍。我們設(shè)計的天線罩可以使得入射角度和出射角度之間滿足線性關(guān)系。隨后,我們將引入零空間來簡化天線罩參數(shù),使其僅借助于兩種各向同性的均勻材料交錯排列就可以實現(xiàn)。最后我們借助于有限元的方法對該天線罩的性能進行模擬。我們也基于變換光學(xué)對實現(xiàn)隱形衣進行了深入的研究。我們首次提出了基于散射覆蓋的方案來實現(xiàn)隱身。和以往的方法不同,我們這里提出的方案具有非常多的優(yōu)勢。我們設(shè)計的隱身具有以下特點：被隱藏物體可以看見外界物體,而外界的觀察者則看不見被隱藏物體;當(dāng)被隱藏物體的形狀或者材料改變后,我們設(shè)計的隱形衣仍然能夠很好地工作；我們的隱形衣是無源的,無需預(yù)先探測外界的探測波信息。這種新型的隱形方案將很可能用于未來的隱形技術(shù)中。我們還將變換光學(xué)理論擴展到靜磁場：我們不僅能夠?qū)o磁場分布進行變換,而且可以對磁鐵進行變換。我們設(shè)計了許多可以調(diào)控靜磁場的新型器件,比如實現(xiàn)高均勻度的靜磁場增強器,高梯度靜磁場增強器,以及各類磁鐵幻象器件等等。我們還研究了基于近零折射率漸變的新型透鏡。這種透鏡可以對入射光束進行壓縮和準(zhǔn)直。研究發(fā)現(xiàn)該透鏡出射的光束在近場和遠(yuǎn)場都具有很好的方向性。我們還設(shè)計了金屬柱狀單元結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)這種新型透鏡。最后,我們對該領(lǐng)域的研究進行了總結(jié)和展望。對未來可進一步深入研究的問題進行了總結(jié)和討論。
【關(guān)鍵詞】：變換光學(xué) 隱形衣 天線罩 靜磁場 新型Mikaelian透鏡
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O436;TH74
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 1 緒論13-26
• 1.1 變換光學(xué)的發(fā)展背景與研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2 變換光學(xué)設(shè)計的新型器件簡介14-22
• 1.3 超材料簡介22-24
• 1.4 本論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點24-26
• 2 變換光學(xué)的基本理論26-41
• 2.1 麥克斯韋方程組在坐標(biāo)變換下的協(xié)變性26-29
• 2.2 變換光學(xué)的基本原理與公式的導(dǎo)出29-38
• 2.3 變換靜磁學(xué)38-39
• 2.4 總結(jié)與討論39-41
• 3 變換光學(xué)用于擴展相位陣列天線掃描角度的研究41-59
• 3.1 相位陣列天線掃描角度擴展的研究背景41-42
• 3.2 變換光學(xué)理論用于設(shè)計擴展相位陣列天線掃描角度的天線罩42-50
• 3.3 借助于null-space介質(zhì)對天線罩參數(shù)簡化50-57
• 3.4 本章小結(jié)57-59
• 4 借助于變換光學(xué)實現(xiàn)第三類隱形器件的設(shè)計59-68
• 4.1 電磁隱身衣研究背景介紹59-61
• 4.1.1 光學(xué)隔離式的電磁隱形結(jié)構(gòu)59-60
• 4.1.2 散射相消式的電磁隱形結(jié)構(gòu)60-61
• 4.2 散射覆蓋的原理實現(xiàn)電磁隱形器件61-67
• 4.3 總結(jié)與討論67-68
• 5 變換光學(xué)在控制靜磁場上的應(yīng)用68-82
• 5.1 借助于變換光學(xué)實現(xiàn)高均勻度靜磁場的研究68-76
• 5.1.1 研究背景介紹68-69
• 5.1.2 理論設(shè)計69-74
• 5.1.3 實驗驗證74-76
• 5.2 借助于變換光學(xué)實現(xiàn)高梯度的靜磁場增強器76-81
• 5.2.1 研究背景介紹76-77
• 5.2.2 設(shè)計方案77-81
• 5.3 本章總結(jié)與討論81-82
• 6. 基于人工特異介質(zhì)的漸變折射率透鏡82-87
• 6.1 新型漸變折射率透鏡的設(shè)計方法82-84
• 6.2 實現(xiàn)新型漸變折射率透鏡的實驗方案84-86
• 6.3 本章小結(jié)86-87
• 7 總結(jié)與展望87-89
• 參考文獻89-103
• 作者簡介103-104
• 在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文104-105

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 Francesco Monticone;Andrea Alù;;Metamaterials and plasmonics: From nanoparticles to nanoantenna arrays, metasurfaces, and metamaterials[J];Chinese Physics B;2014年04期

  本文關(guān)鍵詞：變換光學(xué)，漸變折射率器件及其應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：257439