科研訓(xùn)練論文-光學(xué)超材料的逆向設(shè)計(jì)隱身斗篷-預(yù)覽頁
【正文】 體傳播，并返回他們原來傳播的軌跡，實(shí)現(xiàn)對物體的隱藏。 超材料是實(shí)現(xiàn)隱身斗篷的材料，它是一種 介電常數(shù) ? 和磁導(dǎo)率 ? 同時為負(fù)值的電磁 介質(zhì) 。 RRRrRr ??? （ 1） ???39。u ，可以自由取值沒有限制，不會導(dǎo)致電磁散射。 )39。39。39。39。39。39。39。39。 39。 因此，我們可以做斗篷連接件，構(gòu)建無反射界面，并且研究無反射界面 [2]。光線本質(zhì)上跟隨坡印廷矢量，（ A）圖表示二維（ 2D）截面的射線系統(tǒng) ,光線在包含隱形材料的 R1RR2 圓環(huán)域內(nèi)圍繞物 5 體傳播，穿過隱形裝置的光線未偏移從原來的路線，（ B）圖表示同一過程的 3D 視圖 另外 ,如果 ???2R ，我們找一個點(diǎn)電荷，它周圍近似為靜電 (或靜磁 )場，其靜電位移 場的曲線如圖 2 所示 圖 2位于隱形球附近的一個點(diǎn)電荷。 接下來討論隱身材料的特點(diǎn) 。? 和 39。u 快速變化是由于 (自洽地 )緊密彎曲的射線的各向異性各向異性的介質(zhì)是必要的 ,因?yàn)槲覀冇懈飨虍愋詨嚎s空間 各向異性乃至連續(xù)變異參數(shù)對超材料來說不是難題 ,實(shí)現(xiàn) 39。然而，可觀的是，減少物體的橫截面是可以實(shí)現(xiàn)的。 這意味著相速度大于光在真空的速度，沒有違反物理定律。為了簡化隱身斗篷的實(shí)現(xiàn)，他們在文中提出了簡化參數(shù)的隱身斗篷，雖然不能實(shí)現(xiàn)完美隱身，但是仍然能夠明顯減少物體的散射 [910]。 2021 年 提出了方形結(jié)構(gòu)的隱身斗篷，此外， 提出了反隱身的思想，通過在隱身斗篷內(nèi)部引入反隱身材料來抵消隱身斗篷的作用，從而使內(nèi)部隱藏物體可被外部發(fā)現(xiàn)， 基于互補(bǔ)材料和變換光學(xué)理論，提出了外部隱身的概念，該器件能夠使外圍的物 體隱身， 2021 年， 提出了對時間空間同時起作用的時空隱身斗篷，與上述對物體的隱身斗篷相比，該時空隱身斗篷對物體在空間和時間上都進(jìn)行隱身 [14]。 非均勻電磁材料提供了不同的方法來控制光線；引入特定的梯度折射率的材料用于透鏡和其他光學(xué)元件，但漸變的類型和范圍往往是有限的。因此，負(fù)折射近年來的很多研究中 [15]，在 GHz 和光學(xué)頻率中經(jīng)得到報告和實(shí)現(xiàn) [1618]。在運(yùn)用這種設(shè)計(jì)方法的一個例子中 ,展示了可以按照意愿針對任意電磁學(xué)守恒量包括電位移矢量 D，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，坡印亭矢量 S 而得到適當(dāng)?shù)某牧?。初始組態(tài)選擇相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，作為尋求的最終結(jié)果。現(xiàn)在扭曲軌跡的笛卡爾坐標(biāo)可以記錄為原始的笛卡爾坐標(biāo)的坐標(biāo)變換，扭曲軌跡的坐標(biāo) ),(),(),( zyxwzyxvzyxu （ 4） 其中 ),( wvu 對應(yīng)新的 x， y， z 軸線的坐標(biāo)。 u wvuuu Q Q?? ? （ 5） uuuuuu HQHEQE ?? ,39。,39。 圖 3 （ A）在自由空間磁場線笛卡兒坐標(biāo)顯示 (B)扭曲的磁場線笛卡兒坐標(biāo)顯示。鏡面對稱的第一階項(xiàng)在擴(kuò)展磁電耦合時消失， MM 可以由 ????? 和 ????? 張量描述。,39。（ 1）是二階弱非定域性方程。 ， 可以 把方程式（ 11）和（ 12）改為用 ? ? BiErQ ???? ??, ????? 來表示，獲得最終的本構(gòu)關(guān)系 ? ? ? ? ? ?????? ,?, 0 rErD ? , ? ? ? ? ? ?????? ,?, 0 rHrB ? (14) 以 這些方程式為出發(fā)點(diǎn) ， 反映 了 介觀金屬結(jié)構(gòu)弱非局部反應(yīng)同樣可以作為一種有效的均勻各向異性，但磁介質(zhì)中的磁特性僅僅源于非局部響應(yīng) ? ? 120 ??? klklkl ????? （ 15） （ 14）式中，常見的邊界條件適用的切向分量 tE 和 tH 以及 nnBD 正常是連續(xù)的。單色平面的入射光波的波矢量至少垂直于一個坐標(biāo)軸，然后該介質(zhì)的 本征 模式可以分解為 TE 和 TM 模式，相當(dāng)于一個各向同性的介質(zhì)，唯一的區(qū)別是每個固有模式的傳播常數(shù)，為特定本征極化 的 正常的反射和透射系數(shù) ,波矢分量在各向同性的情況下具有相同的形式。定量 k 和 ? 可以唯一確定最終的有效波參數(shù)。選擇一組變量進(jìn)行直接的材料分析，通常會更方便。 連續(xù)材料（真空）一維面 ? ?D?1 入射波的透射系數(shù)，長度 d 與 zn, 關(guān)系如下： ? ? ? ? ik denk dzzink dt ?????? ?????? ???? s i n12c os1 （ 23） 其中， c/k ?? 是入射波波數(shù)。39。21c os 21222 tArAtttrtnk d ???????????? （ 25） ? ?? ?222239。1 和 222 39。例如，如果材料是無源的， ? ? 0Re ?z 滿足公式（ 18）的符號要求，同樣， ? ? 0? nlm 時 ??nlm 明確表示為： ? ?? ?? ????????????? ?????? ?????kdtrtnlm221 39。21c o sReRe221????????????? ?????? ????? （ 28） 此情況下，當(dāng) d 很大時， 這些分支彼此相互靠近，而對于色散材料難以選擇正確的分支。 14 4 模擬實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果 模擬數(shù)據(jù) 及圖像 首先我們對結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，可由公式得到等效參數(shù)反推所需要的結(jié)構(gòu)： ? ?? ?? ????????????? ?????? ?????kdtrtnlm221 39。21c o sReRe221????????????? ?????? ????? （ 30） ? ?? ?222239。這時， 1C 和 2C 的外部半徑可以輕易得出，分別為 ?b 和 1?c 。如果 ? ?? ?21,...,12 ?? NnD n 的材料參數(shù)設(shè)為 ?n? 和 12 ??n? ，那么 ? ?? ?21,...,12 ??? NnD Nn 的材料參數(shù)則分別為 ??? Nn? 和 122 ??N? 。此外，即使是 材料損耗 影響了混合層隱形效果，但隱形的效果仍然是存在的?？傊?,基于弱色散 空間 電導(dǎo)率在毫米量級我們提出一種方法來驗(yàn)證個有效各向異性介質(zhì) MMs 的描述，結(jié)果表明 ,一個典型的磁性 ,潛在的負(fù)折射率材料 ,即漁網(wǎng) ,不能被描述為有關(guān)共振區(qū)域的均勻各向異性介質(zhì)， 通過改變波長與胞大小的比率，闡述了弱空間分散假設(shè)的局限性 :如果空間色散是微弱的和材料參數(shù)有意義，共振弱或消失，我們的工作清楚地表明，光學(xué)負(fù)參數(shù)超材料的一般有效參數(shù)不具有常規(guī)材料參數(shù)的
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