基于变换光学的椭圆形透明聚集器的设计研究

基于麦克斯韦方程组在不同坐标系下具有形式不变性以及变换光学理论, 通过设计材料的本构参数(介电常数和磁导率)来引导电磁波的传播, 提出了具有电磁透明和电磁聚集两种功能的新型电磁器件-椭圆形透明聚集器的设计方法. 电磁波透明体不会阻挡电磁波的传播并且能够与斗篷内部进行交互; 电磁波聚集器是当电磁波入射到该装置上时, 电磁波能够被设计的装置按照要求集中到一个区域或者一个点, 实现电磁波能量的集中. 本文利用压缩变换和扩展变换推导出了这种电磁器件中各层的相对介电常数和相对磁导率的张量表达式, 并利用基于有限元算法的电磁仿真软件对该电磁器件进行了全波仿真验证, 得到了入射波从各个不同方向入射时磁场z 分量的分布图, 仿真结果证实了该设计方法和电磁参数的正确性. 最后还讨论了电磁器件存在损耗时的情况, 当损耗逐渐增大时, 器件的功能在一定程度上受到了削弱. 本文的设计方法为其他新型电磁器件的设计提供了一种新的思路.     

A planar chiral nanostructure with asymmetric transmission of linearly polarized wave and huge optical activity in near-infrared band

Just like an electronic diode that allows the electrical current to flow in one direction only, a kind of chiral metamaterial structure with a similar functionality for the electromagnetic wave is proposed. The designed nanostructure that consists of twisted metallic split-ring resonators on both sides of a dielectric substrate achieves asymmetric transmission for a forward and backward propagating linearly polarized wave by numerical simulation in near-infrared band. Difference in transmission efficiency of the optimized structure between the same polarized waves incident from opposite directions can reach a maximum at the communication wavelength （1.55 μm）. Moreover, the simulation results of this structure also exhibit strong optical activity and circular dichroism.     

光频段双层手征结构光学特性及负折射率研究

设计了一种工作在光波段的新型四重对称的双层手征结构,通过数值模拟得到透射系数和反射系数,反演计算了结构的圆二色性、旋光角、手征参数和折射率。结果表明该结构在谐振波长附近具有很强的旋光性,并且在椭偏度为零时,即透射光变成完全线偏振光时,旋光角达到了55°;在一定波段内可以实现左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)的负折射率,且不需要介电常数和磁导率同时为负,更重要的是,实现负折射率的左旋圆偏振光(LCP)具有较宽的频带,不局限于谐振波长附近,在椭偏度为零时,折射率也为负。考虑到具体的实验制作,对加衬底的手征结构进行了数值模拟,结果表明谐振波长向长波长方向产生了偏移,完全线性偏振光的旋光角仍然有40°。     

Design of two-dimensional elliptically cylindrical invisible cloaks with multiple regions

Two-dimensional(2D) elliptically cylindrical invisible cloaks with multiple regions are designed based on the transformation optics and the complementary media theory. Multiple invisible cloak regions can be obtained by properly using the compressed or folded transformation in each space layer. The constitutive parameter tensor expressions for each region have been obtained. The results of full wave simulations by using finite element software confirm the validity of the constitutive parameter tensor expressions. In addition, the parameters are relatively easier to realize.     

二维椭圆形散射转移斗篷的设计研究

基于变换光学理论设计了椭圆形散射转移斗篷,并推导了相应的本构参数张量表达式,根据得到的本构参数,利用基于有限元算法的软件分别对椭圆形介质柱、导体柱进行了全波仿真验证.仿真结果证实了所得本构参数的正确性,验证了散射转移斗篷可以模拟任意物体,包括介质、导体的幻象,这些结果为设计隐身斗篷提供了一种新的理论途径.     

新型椭圆形互补隐身斗篷设计

基于变换光学理论和互补媒质理论,提出了新型椭圆形互补隐身斗篷的设计方法,并得到了本构参数张量表达式,利用基于有限元算法的电磁仿真软件对该模型进行了全波仿真验证,结果证实了所得到的表达式的正确性,这种隐身斗篷不仅能够实现对位于其内部的物体隐身,而且电磁波能透进隐身斗篷内部进而可以与外界进行通信。     

基于线变换的椭圆柱外隐身斗篷的设计研究

基于线变换方法与互补媒质理论提出了线变换下的椭圆柱外隐身斗篷,并得到了相应外隐身斗篷材料本构参数张量的表达式.根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对不同长度线段的外斗篷进行了仿真验证,仿真结果证实了所得到的本构参数张量的正确性.这种外斗篷的材料参数只在轴向变化,横向参数为常数,易于用超介质制备.考虑到损耗对隐身效果的影响,得到了引入损耗后的外斗篷磁场分布.最后给出了本构参数的分布.本文的研究为利用超介质制备外隐身斗篷提供了一种新的可行的方法.