基于均匀光学变换理论的可见光频段隐身器件研究

发布时间：2017-09-26 21:08

  本文关键词：基于均匀光学变换理论的可见光频段隐身器件研究

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【摘要】：隐身,一直是人类长期以来的梦想之一。随着“异向介质”(metamaterials)与“变换光学”(transformation optics)理论的出现,使物体真正完美隐身在科学上成为可能。随后,隐身衣领域的研究得到了飞速的发展,成为了当前电磁学、物理学、光学、材料科学及交叉学科非常前沿和热门的研究领域之一。本文以隐身衣的研究为背景,着重讨论基于均匀光学变换理论的可见光频段隐身器件的设计与实现。本文首先介绍了隐身衣的研究现状。通过光学变换得到的完美隐身衣,其本构参数包含极值而且随空间变化,难以真正实现。特别在光频段,由于光频段的波长小,材料的加工工艺要求很高,实现光频段隐身衣非常困难。因此,目前实现的柱体隐身衣,大部分都是工作在微波段,而光频段的实验相对较少。针对以上问题,本论文做了如下几方面的工作：1、提出了基于均匀光学变换的柱体隐身衣设计理论。在光频段,实现非均匀的参数非常困难。基于均匀光学变换方法设计的隐身衣,其参数是均匀各向异性的,能够大大简化隐身衣的实现难度。2、基于均匀光学变换的方法,作者提出了多边形柱形隐身器件的设计方法。基于均匀声学变换,作者提出了柱体声学隐身器件的设计方法。3、基于上述方法,提出名实现了TM极化的可见光频段柱体隐身器件。利用自然界存在的各向异性材料,作者实验验证了六边形柱体隐身器件,能够针对TM极化波实现在六个入射方向上的隐身效果,其工作频段覆盖整个可见光频段。可见光频段柱体隐身器件的实现,对于真正的灵活的可移动式的隐身衣的实现来说是非常重要的一步。4、通过舍弃“相位保持一致”的条件,作者进一步对隐身器件的参数进行了简化,设计实现了全极化的可见光频段柱体隐身器件。利用各向同性介质,作者实验验证了非相干自然光下大尺寸物体隐身器件。在此基础上,通过让隐身器件只在单方向有效,进一步实验验证了全极化可见光频段单方向隐身器件。5、本文提出了基于光学变换的宽频带亚波长成像装置。传统光学器件的分辨率存在着衍射极限,而以前的使用hyperlens实现的亚波长成像只能在一个窄频段内工作。利用非谐振结构闭合环,作者实验验证了针对TE波的宽频带亚波长成像装置。
【关键词】：隐身衣 异向介质 可见光 变换光学 均匀光学变换
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O441.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 本文的研究背景12-13
• 1.2 异向介质介绍13-15
• 1.3 隐身衣研究的背景15-24
• 1.3.1 基于散射相消法的电磁波隐身衣17-18
• 1.3.2 基于保角变换法的电磁波隐身衣18-20
• 1.3.3 基于变换光学法的电磁波隐身衣20-24
• 1.4 论文研究的目的、意义及主要内容24-27
• 第二章 光频段隐身衣27-37
• 2.1 光频段隐身衣概述27-28
• 2.2 光频段柱体隐身衣概述28-30
• 2.3 光频段地毯式隐身衣概述30-35
• 2.3.1 基于准保角变换的光频段地毯式隐身衣31-33
• 2.3.2 基于均匀光学变换的光频段地毯式隐身衣33-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第三章 基于均匀光学变换的隐身器件设计理论37-58
• 3.1 非均匀光学变换与均匀光学变换37-42
• 3.1.1 非均匀光学变换37-39
• 3.1.2 均匀光学变换39-42
• 3.2 基于均匀光学变换的地毯式隐身器件设计方法42-46
• 3.2.1 基于石墨烯的地毯式隐身器件设计方法42-44
• 3.2.2 基于石墨烯的地毯式隐身器件的数值模拟44-46
• 3.3 基于均匀光学变换的柱体隐身器件设计方法46-51
• 3.3.1 多边形柱体隐身器件的设计方法46-49
• 3.3.2 多边形柱体隐身器件的数值模拟49-51
• 3.4 基于均匀声学变换的声学隐身器件设计方法51-56
• 3.4.1 声波波动方程与变换声学51-54
• 3.4.2 基于均匀声学变换设计的地毯式声学隐身器件54-55
• 3.4.3 基于均匀声学变换设计的柱体声学隐身器件55-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第四章 TM极化的可见光频段柱体隐身器件58-69
• 4.1 TM极化的可见光频段柱体隐身器件设计方法58-62
• 4.1.1 六边形柱体隐身器件的参数设计58-60
• 4.1.2 六边形柱体隐身器件的参数简化60-62
• 4.2 TM极化的可见光频段柱体隐身器件的实验验证62-66
• 4.2.1 六边形柱体隐身器件的实际结构62-64
• 4.2.2 六边形柱体隐身器件的实验验证64-66
• 4.3 倾斜入射下该可见光频段柱体隐身器件的效果66-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 全极化的可见光频段柱体隐身器件69-89
• 5.1 非相干自然光下大尺寸物体隐身器件69-82
• 5.1.1 非相干自然光下大尺寸物体隐身器件设计方法69-73
• 5.1.2 水中六边形柱体隐身器件的实验验证73-77
• 5.1.3 空气中柱体隐身器件的实验验证77-80
• 5.1.4 不同入射角度下该大尺寸物体隐身器件的效果80-82
• 5.2 全极化可见光频段单方向隐身器件82-87
• 5.2.1 全极化可见光频段单方向隐身器件设计方法82
• 5.2.2 全极化可见光频段单方向隐身器件的实验验证82-85
• 5.2.3 非理想因素对隐身器件效果的影响85-87
• 5.3 本章小结87-89
• 第六章 基于光学变换的宽频带亚波长成像装置89-100
• 6.1 衍射极限与亚波长成像简介89-91
• 6.1.1 衍射极限89
• 6.1.2 波长成像89-91
• 6.2 基于光学变换的亚波长成像装置设计方法91-94
• 6.3 宽频带TE波亚波长成像装置的实验验证94-96
• 6.4 宽频带TE波亚波长成像装置的数值模拟96-99
• 6.4.1 波长成像装置实际结构的数值模拟96
• 6.4.2 波长成像装置与空气中效果的对比96-97
• 6.4.3 波长成像装置与传统光学透镜的对比97-99
• 6.5 本章小结99-100
• 结束语100-102
• 参考文献102-120
• 致谢120-121
• 攻读博士学位期间的研究成果121-122

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本文编号：925722