基于变换光学的无反射波导连接器的研究

发布时间：2017-04-27 10:09

  本文关键词：基于变换光学的无反射波导连接器的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：变换光学(Transformation Optics)是由Pendry,J.B.在2006年提出的一种旨在帮助人们实现任意操控电磁波的理论。它在理论上指导人们得到实现电磁波特定方式传输时所需材料的介电常数与磁导率。基于变换光学的波导连接器具有结构紧凑、模式不畸变等优点。然而,电磁波在通过仅基于变换光学的典型波导连接器时会存在反射。基于以上背景,为了解决反射问题,本文在变换光学的基础上提出了一种通用的变换光学无反射条件,以及它的进化版本,变换光学的非磁性无反射条件。它们能在理论上帮助人们设计基于变换光学的无反射结构,并简化变换材料参数,具有重要的理论意义。本文在不同尺寸波导的连接器上进行了模拟验证,取得了较好的结果。首先,本文研究了变换光学的基本理论,得出变换材料磁导率与介电常数同坐标变换之间的关系并给出变换矩阵各元素之间满足的固有关系。为了下一步的变换光学无反射条件的推导,本文研究了金属波导中存在的电场模式与各模式的电场分布以及电磁波入射边界连续条件。其次,本文通过引入一个不为零的参数,研究了分别适应TE模式与TM模式电磁波的通用变换光学无反射条件。为了后面验证无反射条件的通用性,本文利用变换光学设计出一种通用的波导连接器。为证明无反射条件的正确性与基于应用无反射条件的变换光学的波导连接器的优异性能,本文利用软件模拟并对比仅基于变换光学的波导连接器与基于应用无反射条件的变换光学的波导连接器的S参量以及波导与波导连接器中电磁波能流密度的变化。为寻找较优的变换方式,本文研究了基于不同变换方式的无反射波导连接器的S参量以及波导与波导连接器中电磁波能流密度的变化。最后,为了简化材料参数,本文将前面引入的参数矩阵化,在前无反射的基础上,研究了TE模式下变换光学的非磁性条件。为验证非磁性无反射条件的正确性及非磁性无反射波导连接器的性能,本文将基于应用非磁性条件的变换光学的波导连接器分别与仅基于变换光学的波导连接器以及应用无反射条件的变换光学的波导连接器进行了对比分析。
【关键词】：变换光学 波导连接器 无反射 非磁性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN814
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 变换光学研究进展9-11
• 1.3 基于变换光学的波导连接器的发展11-14
• 1.4 本论文主要研究内容14-16
• 第2章 变换光学及波导模式理论16-28
• 2.1 麦克斯韦方程及其变换16-21
• 2.2 变换矩阵元素之间的关系21-23
• 2.3 金属波导模式的电磁场分析23-25
• 2.4 入射边界连续条件25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 无反射变换光学的研究28-53
• 3.1 变换光学的无反射条件28-33
• 3.2 基于变换光学的通用正入射波导连接器33-35
• 3.3 波导I到变换区域的反射问题分析35-38
• 3.4 无反射波导连接器的设计模拟及特性38-51
• 3.4.1 TE模式与TM模式的无反射波导连接器38-46
• 3.4.2 基于不同变换方式的无反射波导连接器的性能分析46-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 非磁性无反射变换光学的研究53-60
• 4.1 引言53
• 4.2 变换光学的非磁性无反射条件53-55
• 4.3 无反射波导连接器的设计模拟及特性55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 攻读学位期间发表的学术论文66-68
• 致谢68

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本文编号：330411