【摘要】：賦形是指賦予某物質(zhì)或物體以特定的幾何形狀,通常用于形體模擬、場景再現(xiàn)或其他特殊用途,在眾多學(xué)科領(lǐng)域均有著極為重要的應(yīng)用。場賦形的實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)在于對場內(nèi)波的產(chǎn)生和傳播進(jìn)行相關(guān)控制。如何在空間和時間上實現(xiàn)對波的任意產(chǎn)生與控制,一直都是各領(lǐng)域備受關(guān)注的研究課題。在聲波場,水波場以及電磁場等幾個重要的物理場中,聲波場和水波場的任意產(chǎn)生與控制目前均已取得重大突破。隨著電磁波的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,特別是在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、化學(xué)、能源、生物、醫(yī)學(xué)、以及保密通信等領(lǐng)域中的應(yīng)用,當(dāng)下急需場強(qiáng)分布可控且具有特定幾何形狀的高精度電磁波賦形場,而如何有效的進(jìn)行電磁波空間場控制以達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用目的成了電磁學(xué)領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題之一。目前對電磁波的傳播和空間調(diào)控較成熟的兩種方法分別是借助天線或天線陣以及電磁超材料。其中,天線或天線陣主要通過方向圖而電磁超材料主要通過材料的奇異特性來實現(xiàn)對電磁波的傳播控制。兩種方法針對特定的場均需要特定的結(jié)構(gòu)或材料,設(shè)計不靈活,不具備普適性。針對存在的技術(shù)難題與現(xiàn)有方法的局限性,本論文基于時間反演(Time Reversal,TR)空時聚焦傳輸原理和自適應(yīng)傳輸特性,提出了一種新型的電磁賦形場產(chǎn)生方法,并通過現(xiàn)代智能優(yōu)化算法實現(xiàn)了產(chǎn)生高精度電磁賦形場的優(yōu)化目標(biāo)。本論文的主要研究內(nèi)容概括如下:首先,從時變電磁場的惟一性定理出發(fā),證明了波動方程的時間對稱性和格林函數(shù)的互易性,并對TR電磁波的空-時聚焦原理進(jìn)行了理論分析;其次,基于電磁場的矢量疊加原理,提出了一種自由空間,密閉腔體或任意電磁互易環(huán)境中均適用的電磁賦形場產(chǎn)生方法,闡述了該方法與傳統(tǒng)方法相比所具有的靈活性和普適性,并進(jìn)一步分析了其存在的問題;最后,分別以單點(diǎn)聚焦場的主副瓣比和“一”字形賦形場的場強(qiáng)均勻分布作為優(yōu)化目標(biāo),通過以遺傳算法和單純形法為代表的兩種智能優(yōu)化算法,對TR回傳信號進(jìn)行設(shè)計,最終實現(xiàn)了高精度單點(diǎn)聚焦場和“一”字形均勻賦形場,并通過仿真結(jié)果分析了算法的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN011
【圖文】：

(a) (b) (c)圖 1-1 三種聲場勢阱[5]。(a) 孿生場；(b) 渦旋場；(c) 瓶狀場 水波場與聲學(xué)場不相類似，水波場理論討論重力場中具有自由面和不可壓理想流動，因此，水波是橫波和縱波合成的波。為了研究海上船舶綜合運(yùn)動規(guī)律 年，日本科學(xué)家 Naito 等人利用水波能量吸收理論和造波機(jī)的蛇形運(yùn)動模式

(c) (d)圖 1-2 系統(tǒng)裝置圖與賦形水波場。(a) AMOEBA 系統(tǒng)[6]；(b) “S”形水波場[6]；(c) 心形水波場[7]；(d) 五角星形水波場[7]1.2.3 光場光波可以看成是頻率范圍很高的電磁波，它的傳播與控制主要基于 19 世紀(jì) 60年代麥克斯韋提出的光的電磁理論。目前，針對光場的調(diào)控研究主要依賴于空間光調(diào)制器（Spatial Light Modulator, SLM），它的基本原理是通過對光波的某些特性（如相位、振幅、頻率以及偏振態(tài)等）的一維或二維分布進(jìn)行空間和時間的變換和調(diào)制，實現(xiàn)對光場空間分布的調(diào)控。如圖 1-3 所示，2012 年烏得勒支大學(xué)的Mosk 等人在《NATURE》上發(fā)表文章[10],通過 SLM 實現(xiàn)了光波在散射環(huán)境下的聚焦。隔年，Hillman 團(tuán)隊通過 SLM 進(jìn)行數(shù)字光學(xué)的相位共軛操作，實現(xiàn)了在混濁介質(zhì)中的二維成像[11]。

(a) (b)圖 1-3 平面光波通過散射介質(zhì)后的光場圖案[10]。(a) 無 SLM 控制；(b) 有 SLM 控制(a) (b)圖 1-4 SLM 控制光波實現(xiàn)目標(biāo)的二維成像[11]。(a) 系統(tǒng)裝置圖；(b) 成像效果圖1.2.4 電磁場

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本文編號：2780251