基于左手化媒质（LHM）平板透镜的近场目标扫描探测与成像技术研究

摘要

左手化媒质(Lcft Handed Metamaterial，LHM)是一种介电常数和磁导率同时为负的新型电磁材料，近年来受到了广泛的关注。左手化媒质的负折射率特性使得制作平板透镜成为可能。左手化媒质平板透镜可以在透镜的另一侧自动聚焦发自点源的电磁波，并达到亚波长聚焦分辨率。 本文首先深入地研究了左手化媒质平板透镜的聚焦理论，提出了基于左手化媒质平板透镜的扫描探测成像方案。借助于二维FDTD仿真方法分别讨论了不同厚度、不同损耗以及一定范围内折射率失配透镜的聚焦分辨率，并对仿真结果进行了分析。然后介绍了使用左手化媒质平板透镜对真空中柱状理想导体目标探测成像和目标后向散射信号的增强情况。最后考虑了在真空中和实际应用中不同目标位置对成像效果的影响。 仿真结果显示，左手化媒质平板透镜不但可以对发自点源的微波信号进行聚焦，同时还可以对目标的后向散射电磁波进行再聚焦(Refocusing)。因此，利用左手化媒质平板透镜，无需调整透镜，即可实现对近场目标的探测成像，并显示经校准程序后得到的散射场电平分布。该方案无需复杂的信号处理和成像算法，而且小目标的散射信号还能够通过平板左手化媒质透镜的聚焦一再聚焦过程得到有效增强。因此，基于左手化媒质透镜的近场目标探测与成像是可行的。随着人们在实现左手化媒质的人工技术上所取得的巨大突破，左手化媒质平板透镜在近场小目标(如早期乳腺癌)的检测与成像中可望得到良好的应用。

目录

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第一章绪论

§1.1左手化媒质概述

§1.2左手化媒质平板透镜的成像特性

§1.3本文主要研究的内容

第二章左手化媒质的负折射特性和聚焦成像特性

§2.1左手化媒质的负折射特性

§2.2传统透镜的分辨率极限问题

§2.3左手化媒质透镜的实现超分辨聚焦成像的原理

§2.4本章小结

第三章时域有限差分(FDTD)方法简介

§3.1 FDTD的发展

§3.2 FDTD基本原理

§3.3 FDTD仿真中的左手化媒质建模

§3.4 FDTD的特点

§3.5本章小结

第四章左手化媒质平板透镜的聚焦特性

§4.1左手化媒质平板透镜聚焦

§4.2左手化媒质平板透镜与传统透镜的比较

§4.3左手化媒质平板透镜厚度对分辨率的影响

§4.4左手化媒质平板透镜损耗对分辨率的影响

§4.5左手化媒质平板透镜折射率失配对分辨率的影响

§4.6本章小结

第五章基于左手化媒质平板透镜的近场目标探测成像

§5.1左手化媒质平板透镜对目标后向散射波的聚焦

§5.2应用左手化媒质平板透镜对真空中目标扫描探测成像

§5.3基于左手化媒质平板透镜的早期乳腺癌的检测成像

§5.4本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

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