保角變換光學(xué)
發(fā)布時間：2020-12-08 10:45
變換光學(xué)的基本原理是:空間里介質(zhì)材料的電磁參數(shù)可以和該空間的度量性質(zhì)等價。這與廣義相對論中將質(zhì)能張量和空間的度量性質(zhì)等價類似。根據(jù)這樣的等價關(guān)系,我們可以將非均勻材料中光線的彎曲行為看成是空間的彎曲,也可以根據(jù)坐標(biāo)變換設(shè)計(jì)特定的材料,從而建立坐標(biāo)變換前后空間中材料性質(zhì)之間的聯(lián)系。變換光學(xué)為我們提供了幾何的角度去審視物質(zhì)的電磁性質(zhì)。同時隨著超構(gòu)材料的介入和發(fā)展,變換光學(xué)也給出了一種設(shè)計(jì)新型光學(xué)器件的方法。但是,根據(jù)一般變換光學(xué)方法所得到的變換介質(zhì)通常是非常不自然而且很復(fù)雜的。即便在構(gòu)建弱化的隱身器件時也是難以實(shí)現(xiàn)比較好的隱身效果。本文主要介紹了利用非均勻折射率材料操控光在二維空間里傳播的方法,即保角變換光學(xué),這在一定程度上降低了變換介質(zhì)的復(fù)雜性。不容樂觀的是,保角變換光學(xué)通常所要求的折射率分布的范圍比較極端,從而增加實(shí)驗(yàn)上制備保角光學(xué)器件的難度。此外,傳統(tǒng)的保角變換光學(xué)在支割線處引入的不連續(xù)折射率分布會影響器件的整體性質(zhì)。根據(jù)保角變換光學(xué)的基本思想,本文發(fā)展了一種新的方法,即測地線保角變換光學(xué),來設(shè)計(jì)連續(xù)折射率分布材料。本文分為五章。論文第一章概述了光學(xué)和幾何的關(guān)系,介紹了變換光學(xué)和變換...
【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：139 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１：?（ａ）星系和類星體圖；（ｂ）沙漠中的海市蜃樓現(xiàn)象
如果我們知道它并不在我們所看到的位置處，我們還會么，我們所看到的現(xiàn)象和現(xiàn)實(shí)情況有什么聯(lián)系呢？變換光學(xué)［１２－１４］間存在一個坐標(biāo)變換的關(guān)系。通常把所看到的現(xiàn)象叫做虛擬空間（用把現(xiàn)實(shí)叫做物理空間（用ｘ＇坐標(biāo)系表示），如圖１．２。從虛擬空間到間變換ＪＣ?＇?＝?ｘｆ?（ｘ?）會建立虛擬空間介質(zhì)材料和物理空間介質(zhì)材料的對應(yīng)的光程相等。表達(dá)式為：??ｎ（ｘ）ｄｘ?＝?ｎ＇（ｘ＇）ｄｘ＇的直覺一般會認(rèn)為虛擬空間是平直的，即》（ｘ）?＝?ｌ。如果己知一個），會導(dǎo)致物理空間的折射率為；＝辦／辦＇。反過來如果知道一率分布／／（ｙ），由么做積分，我們就可以知道它所對應(yīng)的推測出我們所能認(rèn)為的平直空間的樣子。??
第一章引言??質(zhì)是天然的材料所無法取得的。傳統(tǒng)材料的宏觀性質(zhì)主要取決于組成它的原子和分子??的特點(diǎn)。超構(gòu)材料的特性是由于它的微觀結(jié)構(gòu)而非組成成份［２１，２２］。如圖１．３?（ａ）表??示的典型的Ｍａｘｗｅｌｌ－Ｇａｒｎｅｔｔ幾何摻雜的金屬－電介質(zhì)復(fù)合物，它是傳統(tǒng)的摻雜材料，??其宏觀性質(zhì)取決于金屬和電介質(zhì)的性質(zhì)以及他們的成份比例。而圖１．３?（ｂ）是能實(shí)現(xiàn)??負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率的電磁超構(gòu)材料，它是由金屬開口諧振環(huán)和金屬線構(gòu)成的，??其宏觀性質(zhì)由共振結(jié)構(gòu)決定。??圖１．３：?（ａ）金屬－電介質(zhì)復(fù)合物的有效介質(zhì)理論丨２３１；?（ｂ）電磁超構(gòu)材料的有效介質(zhì)理論丨２４丨。??那么我們怎么來描述超構(gòu)材料的特性呢？有效介質(zhì)理論給了我們一個很好的選??擇。有效介質(zhì)理論是用宏觀的有效參數(shù)來描述物質(zhì)在某種場的作用下的響應(yīng)。在該種??場的波長遠(yuǎn)大于原子分子和材料微觀結(jié)構(gòu)的尺寸時，傳統(tǒng)材料和超構(gòu)材料可以視為一??個均勻的塊材。利用有效介質(zhì)理論，我們可以得出其有效參數(shù)。例如在電磁場作用下，??有效介質(zhì)理論可以用介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來描述物質(zhì)的電磁響應(yīng)，從而構(gòu)成該物質(zhì)的木??構(gòu)方程。這樣超構(gòu)材料就為變換光學(xué)的實(shí)現(xiàn)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。仍然考慮圖１．３?（ａ），??由于電磁波的波長遠(yuǎn)大于原子分子的尺寸，原子分子的極化所導(dǎo)致的電磁輻射是很平??緩的。進(jìn)行平均化處理后
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Carpet cloak from optical conformal mapping[J]. LI Hui,XU YaDong,WU QianNan,CHEN HuanYang. Science China(Information Sciences). 2013(12)
本文編號：2904958
【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：139 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１：?（ａ）星系和類星體圖；（ｂ）沙漠中的海市蜃樓現(xiàn)象
如果我們知道它并不在我們所看到的位置處，我們還會么，我們所看到的現(xiàn)象和現(xiàn)實(shí)情況有什么聯(lián)系呢？變換光學(xué)［１２－１４］間存在一個坐標(biāo)變換的關(guān)系。通常把所看到的現(xiàn)象叫做虛擬空間（用把現(xiàn)實(shí)叫做物理空間（用ｘ＇坐標(biāo)系表示），如圖１．２。從虛擬空間到間變換ＪＣ?＇?＝?ｘｆ?（ｘ?）會建立虛擬空間介質(zhì)材料和物理空間介質(zhì)材料的對應(yīng)的光程相等。表達(dá)式為：??ｎ（ｘ）ｄｘ?＝?ｎ＇（ｘ＇）ｄｘ＇的直覺一般會認(rèn)為虛擬空間是平直的，即》（ｘ）?＝?ｌ。如果己知一個），會導(dǎo)致物理空間的折射率為；＝辦／辦＇。反過來如果知道一率分布／／（ｙ），由么做積分，我們就可以知道它所對應(yīng)的推測出我們所能認(rèn)為的平直空間的樣子。??
第一章引言??質(zhì)是天然的材料所無法取得的。傳統(tǒng)材料的宏觀性質(zhì)主要取決于組成它的原子和分子??的特點(diǎn)。超構(gòu)材料的特性是由于它的微觀結(jié)構(gòu)而非組成成份［２１，２２］。如圖１．３?（ａ）表??示的典型的Ｍａｘｗｅｌｌ－Ｇａｒｎｅｔｔ幾何摻雜的金屬－電介質(zhì)復(fù)合物，它是傳統(tǒng)的摻雜材料，??其宏觀性質(zhì)取決于金屬和電介質(zhì)的性質(zhì)以及他們的成份比例。而圖１．３?（ｂ）是能實(shí)現(xiàn)??負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率的電磁超構(gòu)材料，它是由金屬開口諧振環(huán)和金屬線構(gòu)成的，??其宏觀性質(zhì)由共振結(jié)構(gòu)決定。??圖１．３：?（ａ）金屬－電介質(zhì)復(fù)合物的有效介質(zhì)理論丨２３１；?（ｂ）電磁超構(gòu)材料的有效介質(zhì)理論丨２４丨。??那么我們怎么來描述超構(gòu)材料的特性呢？有效介質(zhì)理論給了我們一個很好的選??擇。有效介質(zhì)理論是用宏觀的有效參數(shù)來描述物質(zhì)在某種場的作用下的響應(yīng)。在該種??場的波長遠(yuǎn)大于原子分子和材料微觀結(jié)構(gòu)的尺寸時，傳統(tǒng)材料和超構(gòu)材料可以視為一??個均勻的塊材。利用有效介質(zhì)理論，我們可以得出其有效參數(shù)。例如在電磁場作用下，??有效介質(zhì)理論可以用介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來描述物質(zhì)的電磁響應(yīng)，從而構(gòu)成該物質(zhì)的木??構(gòu)方程。這樣超構(gòu)材料就為變換光學(xué)的實(shí)現(xiàn)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。仍然考慮圖１．３?（ａ），??由于電磁波的波長遠(yuǎn)大于原子分子的尺寸，原子分子的極化所導(dǎo)致的電磁輻射是很平??緩的。進(jìn)行平均化處理后
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Carpet cloak from optical conformal mapping[J]. LI Hui,XU YaDong,WU QianNan,CHEN HuanYang. Science China(Information Sciences). 2013(12)
本文編號：2904958
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