本文關(guān)鍵詞：基于均勻光學(xué)變換理論的可見光頻段隱身器件研究

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【摘要】：隱身,一直是人類長期以來的夢想之一。隨著“異向介質(zhì)”(metamaterials)與“變換光學(xué)”(transformation optics)理論的出現(xiàn),使物體真正完美隱身在科學(xué)上成為可能。隨后,隱身衣領(lǐng)域的研究得到了飛速的發(fā)展,成為了當(dāng)前電磁學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)、材料科學(xué)及交叉學(xué)科非常前沿和熱門的研究領(lǐng)域之一。本文以隱身衣的研究為背景,著重討論基于均勻光學(xué)變換理論的可見光頻段隱身器件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文首先介紹了隱身衣的研究現(xiàn)狀。通過光學(xué)變換得到的完美隱身衣,其本構(gòu)參數(shù)包含極值而且隨空間變化,難以真正實(shí)現(xiàn)。特別在光頻段,由于光頻段的波長小,材料的加工工藝要求很高,實(shí)現(xiàn)光頻段隱身衣非常困難。因此,目前實(shí)現(xiàn)的柱體隱身衣,大部分都是工作在微波段,而光頻段的實(shí)驗(yàn)相對較少。針對以上問題,本論文做了如下幾方面的工作：1、提出了基于均勻光學(xué)變換的柱體隱身衣設(shè)計(jì)理論。在光頻段,實(shí)現(xiàn)非均勻的參數(shù)非常困難。基于均勻光學(xué)變換方法設(shè)計(jì)的隱身衣,其參數(shù)是均勻各向異性的,能夠大大簡化隱身衣的實(shí)現(xiàn)難度。2、基于均勻光學(xué)變換的方法,作者提出了多邊形柱形隱身器件的設(shè)計(jì)方法。基于均勻聲學(xué)變換,作者提出了柱體聲學(xué)隱身器件的設(shè)計(jì)方法。3、基于上述方法,提出名實(shí)現(xiàn)了TM極化的可見光頻段柱體隱身器件。利用自然界存在的各向異性材料,作者實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了六邊形柱體隱身器件,能夠針對TM極化波實(shí)現(xiàn)在六個入射方向上的隱身效果,其工作頻段覆蓋整個可見光頻段�？梢姽忸l段柱體隱身器件的實(shí)現(xiàn),對于真正的靈活的可移動式的隱身衣的實(shí)現(xiàn)來說是非常重要的一步。4、通過舍棄“相位保持一致”的條件,作者進(jìn)一步對隱身器件的參數(shù)進(jìn)行了簡化,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了全極化的可見光頻段柱體隱身器件。利用各向同性介質(zhì),作者實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了非相干自然光下大尺寸物體隱身器件。在此基礎(chǔ)上,通過讓隱身器件只在單方向有效,進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了全極化可見光頻段單方向隱身器件。5、本文提出了基于光學(xué)變換的寬頻帶亞波長成像裝置。傳統(tǒng)光學(xué)器件的分辨率存在著衍射極限,而以前的使用hyperlens實(shí)現(xiàn)的亞波長成像只能在一個窄頻段內(nèi)工作。利用非諧振結(jié)構(gòu)閉合環(huán),作者實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了針對TE波的寬頻帶亞波長成像裝置。
【關(guān)鍵詞】：隱身衣 異向介質(zhì) 可見光 變換光學(xué) 均勻光學(xué)變換
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O441.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-27
• 1.1 本文的研究背景12-13
• 1.2 異向介質(zhì)介紹13-15
• 1.3 隱身衣研究的背景15-24
• 1.3.1 基于散射相消法的電磁波隱身衣17-18
• 1.3.2 基于保角變換法的電磁波隱身衣18-20
• 1.3.3 基于變換光學(xué)法的電磁波隱身衣20-24
• 1.4 論文研究的目的、意義及主要內(nèi)容24-27
• 第二章 光頻段隱身衣27-37
• 2.1 光頻段隱身衣概述27-28
• 2.2 光頻段柱體隱身衣概述28-30
• 2.3 光頻段地毯式隱身衣概述30-35
• 2.3.1 基于準(zhǔn)保角變換的光頻段地毯式隱身衣31-33
• 2.3.2 基于均勻光學(xué)變換的光頻段地毯式隱身衣33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 第三章 基于均勻光學(xué)變換的隱身器件設(shè)計(jì)理論37-58
• 3.1 非均勻光學(xué)變換與均勻光學(xué)變換37-42
• 3.1.1 非均勻光學(xué)變換37-39
• 3.1.2 均勻光學(xué)變換39-42
• 3.2 基于均勻光學(xué)變換的地毯式隱身器件設(shè)計(jì)方法42-46
• 3.2.1 基于石墨烯的地毯式隱身器件設(shè)計(jì)方法42-44
• 3.2.2 基于石墨烯的地毯式隱身器件的數(shù)值模擬44-46
• 3.3 基于均勻光學(xué)變換的柱體隱身器件設(shè)計(jì)方法46-51
• 3.3.1 多邊形柱體隱身器件的設(shè)計(jì)方法46-49
• 3.3.2 多邊形柱體隱身器件的數(shù)值模擬49-51
• 3.4 基于均勻聲學(xué)變換的聲學(xué)隱身器件設(shè)計(jì)方法51-56
• 3.4.1 聲波波動方程與變換聲學(xué)51-54
• 3.4.2 基于均勻聲學(xué)變換設(shè)計(jì)的地毯式聲學(xué)隱身器件54-55
• 3.4.3 基于均勻聲學(xué)變換設(shè)計(jì)的柱體聲學(xué)隱身器件55-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 第四章 TM極化的可見光頻段柱體隱身器件58-69
• 4.1 TM極化的可見光頻段柱體隱身器件設(shè)計(jì)方法58-62
• 4.1.1 六邊形柱體隱身器件的參數(shù)設(shè)計(jì)58-60
• 4.1.2 六邊形柱體隱身器件的參數(shù)簡化60-62
• 4.2 TM極化的可見光頻段柱體隱身器件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證62-66
• 4.2.1 六邊形柱體隱身器件的實(shí)際結(jié)構(gòu)62-64
• 4.2.2 六邊形柱體隱身器件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證64-66
• 4.3 傾斜入射下該可見光頻段柱體隱身器件的效果66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第五章 全極化的可見光頻段柱體隱身器件69-89
• 5.1 非相干自然光下大尺寸物體隱身器件69-82
• 5.1.1 非相干自然光下大尺寸物體隱身器件設(shè)計(jì)方法69-73
• 5.1.2 水中六邊形柱體隱身器件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證73-77
• 5.1.3 空氣中柱體隱身器件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證77-80
• 5.1.4 不同入射角度下該大尺寸物體隱身器件的效果80-82
• 5.2 全極化可見光頻段單方向隱身器件82-87
• 5.2.1 全極化可見光頻段單方向隱身器件設(shè)計(jì)方法82
• 5.2.2 全極化可見光頻段單方向隱身器件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證82-85
• 5.2.3 非理想因素對隱身器件效果的影響85-87
• 5.3 本章小結(jié)87-89
• 第六章 基于光學(xué)變換的寬頻帶亞波長成像裝置89-100
• 6.1 衍射極限與亞波長成像簡介89-91
• 6.1.1 衍射極限89
• 6.1.2 波長成像89-91
• 6.2 基于光學(xué)變換的亞波長成像裝置設(shè)計(jì)方法91-94
• 6.3 寬頻帶TE波亞波長成像裝置的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證94-96
• 6.4 寬頻帶TE波亞波長成像裝置的數(shù)值模擬96-99
• 6.4.1 波長成像裝置實(shí)際結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬96
• 6.4.2 波長成像裝置與空氣中效果的對比96-97
• 6.4.3 波長成像裝置與傳統(tǒng)光學(xué)透鏡的對比97-99
• 6.5 本章小結(jié)99-100
• 結(jié)束語100-102
• 參考文獻(xiàn)102-120
• 致謝120-121
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果121-122

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本文編號：925722