电磁波和声波调控机理及其在隐身与透镜方面的应用
发布时间：2021-04-05 21:36
异向介质（metamaterials）以其不同于自然界材料的独特性质,受到了科学界的瞩目,与其相关的研究已经成为当前光学、电磁学、声学、力学、材料学及其交叉学科的前沿与热点研究领域。变换光学（transformation optics）与变换声学（transformationacoustics）理论的提出与发展,为电磁波及声波的调控提供了新的思路。这种坐标变换的方法通过对空间进行相应的变换,可以灵活地操纵电磁波及声波的传播,将该方法与异向介质的结构设计相结合,实现了许多新型电磁及声学器件。新型隐身器件与新型透镜是电磁及声学领域主要的研究方向之一。目前,对新型隐身器件的研究存在许多技术难点,其主要原因在于,利用传统坐标变换方法所设计的隐身器件需要非常复杂的参数,即使利用异向介质也很难满足其参数需求。此外,利用坐标变换设计的新型透镜,虽然具有优异的调控性能,但其实现的功能比较单一,难以满足多功能的透镜需求。针对以上问题,本论文做了如下几方面的工作:1.针对当前声学隐身器件参数复杂、难以在宽频带工作的难题,将一种二维均匀坐标变换的方法拓展到声学。基于此方法,设计了一种正三角形声学隐身器件,其...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２Ｐ］?（ａ）折射和负折射的示意图，（ｂ）普通介质中和左手介质中的多普勒效应，??
金属棒（ｒｏｄ）阵列结构，则可以用来控制物体的等效介电常数。此方法由英国帝??国理工学院的Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ在１９９６年提出［１７］，通过细金属棒周期排列，可以有效??降低等效电子密度，并通过自感增强等效电子质量。如图１．３?（ａ）所示，当外加??与金属棒的方向一致的电场，金属棒阵列结构能够激发与等离子体介质相似的效??应。通过调节金属棒的半径和相应的阵列周期，可以改变金属棒阵列的等效等离??子频率，从而使金属棒阵列在低频的等效介电常数为负。这一突破性的成果使异??向介质的研究从理论走向实际，开辟了异向介质研究领域的新大门。??１９９９?年，Ｊ．?Ｂ．?Ｐｅｎｄｒｙ?进一步提出利用开环谐振器（ｓｐｌｉｔ－ｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＲＲ）??阵列结构来构造等效磁导率为负的介质。如图１．３?（ｂ）所示，针对开环谐振器，??如果外加垂直于开环谐振器所在平面方向的磁场，将激励起一个磁偶极子，使其??在某个频段产生负的磁导率［１８１。负磁导率的实现
镜实验中需要二维的异向介质材料。２００１年，Ｄ．?Ｒ．?Ｓｍｉｔｈ在一维阵列的基础上??进一步制作出了二维ｒｏｄ／ＳＲＲ阵列，并在１０．２?ＧＨｚ到１０．８?ＧＨｚ之间的频带内测??到了负折射现象，证明该异向介质结构的等效折射率为负［２Ｑ］，如图１．４（ｃ）－（ｄ）。??负折射率实验成功地验证了异向介质的电磁特性，引起了国内外科研工作者对该??研究领域的持续关注。??Ｉ：?土?Ｓ４??＆?＆????Ｕ??｜?４?：〒?｜?????Ｉ?Ｉ??一…Ｉ…！?■‘．一＞一，“．‘■■３．５Ｌ．．．＿‘一Ｌ／＿“一－一，？：??０?４０?８０?１２０?１６０?〇?４０?８０?１２０?１６０??Ｐｈａｓｅ?Ａｄｖａｎｃｅ?（ｄｅｇ）?Ｐｈａｓｅ?Ａｄｖａｎｃｅ?（ｄｅｇ）??（ｃ）?Ｉ?ｔ（ｄ）／ｉ?＇?Ｆｕｓｒｆ??ｆ?ｊ?；?＾０－Ｂ－?Ｈ?／?＼＾－??Ｉｊ?Ｋ?＼?／?＼?：??ｕｉ＾（ｉ?Ｉ?ａｍｉ??－９０?－６０?－３０?０?３０?６０?９０??Ａｎｇｉｅ?ｆｒｏｍ?ｎｏｒｍａｌ?（ｄｅｇ）??图１．４ｔ１９，Ｍ?（ａ）?ＳＲＲ阵列沿着磁场方向放置时的能带图，（ｂ）?ＳＲＲ和ｒｏｄ阵列沿着??磁场方向放置时的能带图，（ｃ）二维周期排列的ｒｏｄ／ＳＲＲ阵列结构，（ｄ）实验测量得??到的负折射现象??此后，越来越多的课题组开展了对异向介质的研究，对其理论和应用的研究??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Super scattering phenomenon in active spherical nanoparticles[J]. 刘昌宇,解亚明,王治国. Chinese Physics B. 2017(06)
[2]Approximate acoustic cloaking in inhomogeneous isotropic space[J]. LI JingZhi,LIU HongYu,MAO ShiPeng. Science China（Mathematics）. 2013(12)
[3]Layered and isotropic acoustic cloak design based on conformal transformation acoustics[J]. REN ChunYu 1,2,XIANG ZhiHai 1 & CEN ZhangZhi 1 1 Key Laboratory of Applied Mechanics,Tsinghua University,Chinese Ministry of Education,Beijing 100084,China;2 Department of Naval Architecture and Ocean Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(04)
本文编号：3120145
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２Ｐ］?（ａ）折射和负折射的示意图，（ｂ）普通介质中和左手介质中的多普勒效应，??
金属棒（ｒｏｄ）阵列结构，则可以用来控制物体的等效介电常数。此方法由英国帝??国理工学院的Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ在１９９６年提出［１７］，通过细金属棒周期排列，可以有效??降低等效电子密度，并通过自感增强等效电子质量。如图１．３?（ａ）所示，当外加??与金属棒的方向一致的电场，金属棒阵列结构能够激发与等离子体介质相似的效??应。通过调节金属棒的半径和相应的阵列周期，可以改变金属棒阵列的等效等离??子频率，从而使金属棒阵列在低频的等效介电常数为负。这一突破性的成果使异??向介质的研究从理论走向实际，开辟了异向介质研究领域的新大门。??１９９９?年，Ｊ．?Ｂ．?Ｐｅｎｄｒｙ?进一步提出利用开环谐振器（ｓｐｌｉｔ－ｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＲＲ）??阵列结构来构造等效磁导率为负的介质。如图１．３?（ｂ）所示，针对开环谐振器，??如果外加垂直于开环谐振器所在平面方向的磁场，将激励起一个磁偶极子，使其??在某个频段产生负的磁导率［１８１。负磁导率的实现
镜实验中需要二维的异向介质材料。２００１年，Ｄ．?Ｒ．?Ｓｍｉｔｈ在一维阵列的基础上??进一步制作出了二维ｒｏｄ／ＳＲＲ阵列，并在１０．２?ＧＨｚ到１０．８?ＧＨｚ之间的频带内测??到了负折射现象，证明该异向介质结构的等效折射率为负［２Ｑ］，如图１．４（ｃ）－（ｄ）。??负折射率实验成功地验证了异向介质的电磁特性，引起了国内外科研工作者对该??研究领域的持续关注。??Ｉ：?土?Ｓ４??＆?＆????Ｕ??｜?４?：〒?｜?????Ｉ?Ｉ??一…Ｉ…！?■‘．一＞一，“．‘■■３．５Ｌ．．．＿‘一Ｌ／＿“一－一，？：??０?４０?８０?１２０?１６０?〇?４０?８０?１２０?１６０??Ｐｈａｓｅ?Ａｄｖａｎｃｅ?（ｄｅｇ）?Ｐｈａｓｅ?Ａｄｖａｎｃｅ?（ｄｅｇ）??（ｃ）?Ｉ?ｔ（ｄ）／ｉ?＇?Ｆｕｓｒｆ??ｆ?ｊ?；?＾０－Ｂ－?Ｈ?／?＼＾－??Ｉｊ?Ｋ?＼?／?＼?：??ｕｉ＾（ｉ?Ｉ?ａｍｉ??－９０?－６０?－３０?０?３０?６０?９０??Ａｎｇｉｅ?ｆｒｏｍ?ｎｏｒｍａｌ?（ｄｅｇ）??图１．４ｔ１９，Ｍ?（ａ）?ＳＲＲ阵列沿着磁场方向放置时的能带图，（ｂ）?ＳＲＲ和ｒｏｄ阵列沿着??磁场方向放置时的能带图，（ｃ）二维周期排列的ｒｏｄ／ＳＲＲ阵列结构，（ｄ）实验测量得??到的负折射现象??此后，越来越多的课题组开展了对异向介质的研究，对其理论和应用的研究??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Super scattering phenomenon in active spherical nanoparticles[J]. 刘昌宇,解亚明,王治国. Chinese Physics B. 2017(06)
[2]Approximate acoustic cloaking in inhomogeneous isotropic space[J]. LI JingZhi,LIU HongYu,MAO ShiPeng. Science China（Mathematics）. 2013(12)
[3]Layered and isotropic acoustic cloak design based on conformal transformation acoustics[J]. REN ChunYu 1,2,XIANG ZhiHai 1 & CEN ZhangZhi 1 1 Key Laboratory of Applied Mechanics,Tsinghua University,Chinese Ministry of Education,Beijing 100084,China;2 Department of Naval Architecture and Ocean Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(04)
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