本文選題：變換光學 + 人工特異介質(zhì)��； 參考：《浙江大學》2016年博士論文

【摘要】：自從2006年的變換光學隱身斗篷提出之后,變換光學理論迅速發(fā)展起來。各國的科研人員使用變換光學的方法設計了各種變換光學器件,比如隱身斗篷、天線罩、幻象光學器件等等。很多變換光學器件在實驗上得到了驗證。與此同時,變換光學也從最初的控制電磁波方面轉(zhuǎn)向了各種物理場的人工調(diào)控中,比如應用于熱學、聲學、靜電靜磁學等等。本文從變換光學的理論推導出發(fā),首先,推導了散度和旋度在任意坐標系下的表示方法,然后根據(jù)麥克斯韋方程組在坐標變換下的協(xié)變性推導出了在任意坐標變換下的空間參數(shù)與材料參數(shù)的轉(zhuǎn)化關系。之后推導了共形變換以及導熱方程的坐標變換理論。之后我們利用這些理論推導了如何消除二維平面介質(zhì)奇異點的理論,并且利用該理論成功的將Zhukovsky共形變換設計的隱身斗篷中的奇異點消除。接下來就是變換光學在各種物理場下設計的新型器件。首先是新型微波器件的設計,我們實驗驗證了使用嚴格共形變換設計的微波隱身斗篷的性能,實驗中使用了高介電常數(shù)介質(zhì)粉末與刻有結(jié)構(gòu)的印刷電路板來實現(xiàn)大范圍介電常數(shù)的分布,實驗證明了我們設計的隱身斗篷具有寬帶、無波束橫向位移等優(yōu)點。我們也設計了相位陣列天線的天線罩,用來增大天線的偏轉(zhuǎn)角度。我們使用了變換光學方法和幾何光學方法分別設計了可以增大天線偏振角度的天線罩,并且進行了仿真。我們還使用變換光學的方法設計了表面等離子體激元的偏振旋轉(zhuǎn)器和模式轉(zhuǎn)換器。我們設計的器件具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點,在今后的光集成系統(tǒng)中可能發(fā)揮它的作用。我們還使用變換光學設計了兩個新型熱學器件。一個是均勻加熱器件,不同于以往的電阻絲網(wǎng)絡加熱器,我們設計的加熱器可以使用小熱源獲得一個大面積的高精度均勻加熱,并通過實驗驗證了其效果。另外一個是熱透鏡,它具有許多新穎的功能,比如熱聚焦、遠程制冷、抑制熱擴散等。我們通過仿真驗證了其效果。對于多物理場的同時調(diào)控,我們設計了一個比較容易實現(xiàn)的多物理場隱身器件,并首次在實驗上驗證了其有效性。該隱身器件可以同時對電流和溫度場隱身。最后,總結(jié)了全文,同時對變換光學器件的發(fā)展提出了展望。
[Abstract]:Since the introduction of the invisibility cloak in 2006, the theory of transformational optics has developed rapidly. Researchers in various countries have designed various optical devices, such as cloak, radome, phantom optics and so on. Many conversion optical devices have been verified experimentally. At the same time, transformational optics has changed from the original control of electromagnetic waves to the manual control of various physical fields, such as heat, acoustics, electrostatic magnetics and so on. In this paper, based on the theoretical derivation of transform optics, the representation of divergence and curl in any coordinate system is first derived. Then, according to the covariance of Maxwell's equations under coordinate transformation, the transformation relationship between space parameters and material parameters under arbitrary coordinate transformation is derived. Then the coordinate transformation theory of conformal transformation and heat conduction equation is deduced. Then we use these theories to deduce the theory of how to eliminate the singularity point of two-dimensional plane medium and successfully eliminate the singularity point in the stealth cloak designed by Zhukovsky conformal transformation. The next step is the design of a new device for transforming optics in a variety of physical fields. First of all, the design of new microwave device. We have verified the performance of microwave stealth cloak designed by strict conformal transformation. In the experiment, high dielectric constant dielectric powder and printed circuit board with structure are used to realize the distribution of dielectric constant in a wide range. The experiment proves that the stealth cloak we designed has the advantages of broadband, beamless transverse displacement and so on. We also designed the radome of the phase array antenna to increase the deflection angle of the antenna. We have designed the radome which can increase the polarization angle of the antenna by using the transform optics method and the geometric optics method, and have carried on the simulation. The polarization-rotator and mode converter of surface plasmon are also designed by means of transform optics. The device we designed has the characteristics of compact structure, which may play a role in the future optical integration system. We have also designed two new thermal devices using transformational optics. One is a uniform heater, which is different from the previous resistive wire network heater. The designed heater can use a small heat source to obtain a large area of high precision and uniform heating, and its effect is verified by experiments. The other is the thermal lens, which has many novel functions, such as thermal focusing, remote cooling, heat diffusion suppression and so on. The effect is verified by simulation. For the simultaneous control of multi-physical fields, we design a multi-physical field stealthy device which is easy to realize, and verify its effectiveness in experiments for the first time. The stealth device can conceal both current and temperature fields. Finally, the paper summarizes the full text, and puts forward the prospect of the development of the transformational optical device at the same time.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O43

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 任中京;兩種付立葉變換光學系統(tǒng)的信息處理能力的比較[J];粉體技術(shù);1996年01期

2 張永亮;董賢子;段宣明;趙震聲;;變換光學的物理原理和前沿進展[J];量子電子學報;2014年04期

3 劉鐵安;付里葉變換光學系統(tǒng)的研究[J];沈陽大學學報;1995年02期

4 鐘錫華;里葉變換光學基本原理講座 第二講 相因子判斷法[J];物理;1982年09期

5 孔祥天;李祖斌;田建國;;由變換光學設計的絕緣體-金屬-絕緣體表面等離激元波導中的模式轉(zhuǎn)換器(英文)[J];南開大學學報(自然科學版);2014年02期

6 潘維濟;介紹《光波衍射與變換光學》一書[J];物理;1986年11期

7 李銘;謝李杉;周靜;;基于嵌入式變換光學的光束偏折器[J];北京師范大學學報(自然科學版);2011年04期

8 Alvaro Sanchez;郭云勝;;基于變換光學理論的磁能收集器[J];物理;2013年12期

9 王戰(zhàn);羅孝陽;劉錦景;董建峰;;二維橢圓形散射轉(zhuǎn)移斗篷的設計研究[J];物理學報;2013年02期

10 ;科學新聞[J];科學觀察;2011年04期

相關會議論文 前1條

1 馮一軍;;變換光學:隱身和天線結(jié)構(gòu)設計新方法[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2011年

相關博士學位論文 前8條

1 孫非;變換光學，漸變折射率器件及其應用[D];浙江大學;2015年

2 霍飛飛;基于變換光學理論的新型電磁功能器件研究[D];西安電子科技大學;2015年

3 曹軍;阻抗可調(diào)變換光學理論及其應用研究[D];東南大學;2015年

4 盛沖;變換光學芯片上中心引力場彎曲時空的模擬與光束調(diào)控[D];南京大學;2016年

5 李艷秀;基于變換光學的新型電磁功能器件的研究與設計[D];山東大學;2016年

6 劉一超;變換光學及其應用[D];浙江大學;2016年

7 徐曉非;基于變換光學的隱身斗篷和電磁功能器件設計[D];南京大學;2011年

8 余振中;變換光學及其在隱身斗蓬和表面等離激元傳播中的應用[D];南京大學;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 司運梅;基于變換光學的天線設計[D];北京交通大學;2016年

2 董曄清;二維變換光學結(jié)構(gòu)對電磁波空間局域的研究[D];南京大學;2014年

3 高翊盛;基于變換光學的無反射波導連接器的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 劉健;基于變換光學的隱形斗篷研究[D];北京交通大學;2014年

5 王榮鳳;基于變換光學理論的新穎電磁器件設計及實驗研究[D];蘭州大學;2015年

6 王德麟;變換光學框架下光學隱身和隱身探測的研究[D];南京大學;2012年

7 吳曉炯;用變換光學設計各向同性材料下的彎曲波導[D];復旦大學;2011年

8 阮羽佳;變換光學理論下天線特性的研究[D];北京交通大學;2014年

9 顏文燕;基于相位變換的偏振分離器研究[D];湖南大學;2013年

10 張若洋;變換光學及其在電磁隱形斗篷中的應用[D];南開大學;2013年

，

本文編號：1993713