基于异向介质和超表面的新型电磁波隐身器件实验研究

摘要

随着异向介质、超表面的发展，以及变换光学理论的提出，隐身衣在科学上成为了可能。然而，隐身衣研究领域仍存在着诸多瓶颈需要克服，比如参数苛刻不易实现、器件体积大、难以工作于全极化波等。针对该领域如上关键科学问题，本文提出了均匀包含极值参数的全向隐身器件设计方法、三维全极化相位幅度保持一致的超表面隐身器件设计方法、以及基于奇异异向介质的表面等离子体激元隐身器件设计方法，并进行了实验验证。此外，本文把超表面隐身器件的设计方法拓展到了声波和水波领域，并进一步提出了多物理波超表面隐身器件的设计方法。本文研究工作突破了传统全向和全极化隐身器件的参数和材料设计的思维局限，拓展了隐身器件的设计思路，在隐身器件设计和实验研究方面都取得了国际领先的成果。
　　本研究主要内容包括：⑴当前柱形隐身器件通常采用了近似非均匀参数，导致隐身器件的散射仍然严重。针对该科学问题，本文基于均匀坐标变换和异向介质设计理论，提出了均匀包含极值参数的全向隐身器件设计方法，并进行了实验验证，首次实现了可在均匀各向同性的介质背景中完全隐身的隐身器件。⑵针对当前隐身器件体积大且难以工作于全极化波的瓶颈，基于超表面隐身理论，率先提出了三维全极化相位幅度保持一致的超表面隐身器件设计方法，并进行了实验验证，实现了可同时恢复电磁波相位、幅度和极化的隐身器件。该方法对大型物体隐身具有重要的应用价值。⑶把超表面隐身器件的设计方法拓展到了声波和水波领域，并用单个超表面隐身器件对声波、水波和电磁波同时实现隐身。⑷针对当前球状隐身器件参数非均匀难以实现的瓶颈，基于均匀坐标变换，提出了正多面体隐身器件设计方法。在该方法中，隐身器件只需要三种均匀异向介质，极大简化了三维全角度隐身器件的实现。基于均匀坐标变换，本文同时提出了一种均匀宽频带小尺寸波形保持一致的波导耦合器设计方法。⑸当前表面等离子体激元隐身器件难以对复杂非规则物体隐身。针对该科学问题，本文基于奇异异向介质理论，提出了表面等离子体激元隐身器件设计方法，并进行了实验验证。该方法具有鲁棒性强、简单、宽频带、适用于任意形状物体等优点。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 隐身衣简介

1.2 异向介质简介

1.3 超表面简介

1.4 论文研究的目的、意义及主要内容

第2章 异向介质和超表面隐身衣的发展

2.1 基于坐标变换光学的隐身衣

2.2 基于保角变换光学的隐身衣

2.3 基于散射相消的隐身衣

2.4 超表面隐身衣

2.5 本章小结

第3章 基于均匀坐标变换的电磁隐身器件设计方法

3.1 基于均匀坐标变换的隐身器件介绍

3.2 基于均匀坐标变换的三维正多面体隐身器件设计方法

3.3 基于均匀坐标变换的波导耦合器设计方法

3.4 本章小结

第4章 均匀含极值参数的全向隐身器件设计方法

4.1 含极值参数全向隐身器件的必要性及难点

4.2 均匀含极值参数的全向隐身器件的参数设计方法

4.3 均匀含极值参数全向隐身器件的异向介质设计方法

4.4 均匀含极值参数全向隐身器件设计方法的实验验证

4.5 全向隐身器件的渐变异向介质匹配层设计

4.6 均匀含极值参数全向隐身器件的实验表征

4.7 本章小结

第5章 三维全极化幅度相位保持一致的超表面隐身器件设计方法

5.1 三维全极化幅度相位保持一致隐身器件的意义及实现难点

5.2 三维全极化幅度相位保持一致超表面隐身器件的设计方法

5.3 三维全极化幅度相位保持一致超表面隐身器件设计方法的仿真验证

5.4 三维全极化幅度相位保持一致超表面隐身器件设计方法的实验验证

5.5 本章小结

第6章 多物理波超表面隐身器件设计方法

6.1 多物理波超表面隐身器件设计方法

6.2 多物理波超表面隐身器件设计方法的全波仿真验证

6.3 本章小结

第7章 基于奇异异向介质的表面等离子体激元隐身器件设计方法

7.1 表面波离子体激元隐身器件简介

7.2 基于奇异异向介质的表面波离子体激元隐身器件的设计方法

7.3 基于奇异异向介质的表面波离子体激元隐身器件设计方法的仿真验证

7.4 基于奇异异向介质的表面波离子体激元隐身器件设计方法的实验验证

7.5 本章小结

结束语

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的研究成果