【摘要】：光學(xué)隱身斗篷是一種基于變換光學(xué)理論的新型人工超材料器件。人們通過改變材料的電磁參數(shù),使光線在材料中繞開物體傳播,從而實(shí)現(xiàn)對物體的隱身,這種材料也被稱為變換介質(zhì)。隨著變換光學(xué)理論的完善以及超材料技術(shù)的不斷發(fā)展,光學(xué)隱身斗篷在微波探測、陣列天線以及軍事方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。本文主要為理論推導(dǎo)與計(jì)算。基于變換光學(xué)理論,本文對光學(xué)隱身斗篷的設(shè)計(jì)方法以及光在其中的傳播行為進(jìn)行了研究。文章首先介紹了光學(xué)隱身斗篷的兩種不同設(shè)計(jì)方法:基于折射率分布的設(shè)計(jì)方法以及基于坐標(biāo)變換的設(shè)計(jì)方法,并討論了它們的區(qū)別與聯(lián)系。對于隱身斗篷中出現(xiàn)的奇異點(diǎn),我們給出了一種消除奇異點(diǎn)的方法。此外,文章還提出了一種回射式隱身斗篷的設(shè)計(jì)方法,該方法基于復(fù)平面上的指數(shù)映射,能夠?qū)崿F(xiàn)對物體的隱身以及對光線的回射,相比于傳統(tǒng)的透射式隱身斗篷,回射式設(shè)計(jì)的電磁張量形式更為簡單,且該方法能夠使觀察者在光線入射處就接收到被隱身物后的信息,在有障礙物的復(fù)雜環(huán)境下具有優(yōu)勢。本文在第五章分別討論了光在歐式平直空間與非歐彎曲空間的傳播行為。在非歐空間中,我們重點(diǎn)推導(dǎo)了光波的色散關(guān)系式以及傳播路徑方程,并分析了其與空間黎曼張量和光波偏振特性之間的關(guān)系,給出了光線軌跡圖。
【圖文】：

這種傳播路徑的變化往往給人眼以一種假象，從而達(dá)到了隱身的效果。這種現(xiàn)有之，從水杯里筷子的彎折，到在某一特定角度發(fā)現(xiàn)魚缸里金魚的消失，都可是不同意義下的光學(xué)隱身。早在２０世紀(jì)中期，人們就開始通過設(shè)計(jì)球形介質(zhì)的分布，來實(shí)現(xiàn)光線的彎折和繞射，其中以Ｌｕｎｅｂｕｒｇ透鏡和Ｅａｔｏｎ透鏡應(yīng)用最為兩者分別具有聚焦和回射光線的功能，實(shí)現(xiàn)了古典意義上對光線的操控。逡逑自變換光學(xué)理論提出以來，加上超材料領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，光學(xué)隱身這一課題再起了人們的極大興趣。近年來，，在對光學(xué)隱身斗篷的理論設(shè)計(jì)和新型人工超材方面均不斷有成果問世。在超材料制備方面，用于制造光學(xué)隱身設(shè)備的人工超取得了重大突破：２００９年，Ｌ．Ｈ．Ｇａｂｒｉｅｌ�。楹停剩澹茫幔颍洌澹睿幔蟮热死眉{米級尺寸的制造的隱身斗篷，實(shí)現(xiàn)了在１５５０納米的近紅外波段對物體的隱身［１１］，該隱身設(shè)備逡逑約為２２５ｐｍ２，能夠?qū)Γ保叮恚泊笮〉奈矬w實(shí)現(xiàn)光學(xué)隱身。在可見光波段，２０１５逡逑，Ｎｉ和Ｗｏｎｇ的團(tuán)隊(duì)首次利用一類以金制成的納米材料研制出了一種表皮式隱身，可以實(shí)現(xiàn)對７３０納米的可見光波段的光學(xué)隱身。而且該隱身衣具有超薄的物理，其厚度約為３０到５０納米，僅為波長的十分之一，這種納米級的光學(xué)斗篷制造被認(rèn)為可以用來實(shí)現(xiàn)對宏觀物體的隱身。逡逑

邐光學(xué)隱身斗篷設(shè)計(jì)方法及光在其中的傳播特性研宄逡逑或圓柱形區(qū)域進(jìn)行分析，如圖１．１所示，而對任意邊界的不規(guī)則區(qū)域的隱身處理則較為逡逑復(fù)雜。隨著變換光學(xué)理論的發(fā)展，人們提出了多種處理不規(guī)則區(qū)域隱身斗篷的理論方逡逑法。美國的Ｆ．Ｌ．Ｔｅｉｘｅｉｒａ教授于２００７年推導(dǎo)了任意形狀邊界下的完美電導(dǎo)體（ｐｅｒｆｅｃｔ逡逑ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ，邋ＰＥＣ）的閉式電磁波本構(gòu)方程［１３］。２００８年，國內(nèi)東南大學(xué)的研究逡逑組引入非一致有理Ｂ樣條曲線（Ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍ邋ｒａｔｉｏｎａｌ邋Ｂ—ｓｐｌｉｎｅ，ＮＵＲＢＳ）這一方法來逡逑描述任意形狀的幾何模型［１４］，該方法使用一組Ｂｅｚｉｅｒ曲線來逼近任意物體的邊界形逡逑狀，在二維隱身仿真上取得了良好的效果。Ｍａ等人也提出了類似的多邊形逼近方法來逡逑設(shè)計(jì)任意形狀的隱身斗篷［１５］。同年８月，中國科學(xué)院的研宄組提出了另一種不規(guī)則區(qū)逡逑域的理論方法［１？，將在直角坐標(biāo)系下處理的隱身斗篷設(shè)計(jì)改為在極坐標(biāo)下處理，這樣逡逑一來
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

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本文編號：2613874