基于新型人工电磁材料的超级能流和幻觉光学分析开题报告

1. 研究目的与意义

目的：

人工电磁材料近几年来发展非常迅速，其独特而新颖的电磁性质引起国际物理界和电磁学界的极大关注，并在2003年和2006年分别被评为科学领域最重大的十大突破之一，当前新型人工电磁材料的研究是微波领域的研究热点之一。

作品一方面利用人工电磁材料的可变电磁参数特性，通过在平板波导中填充空气和各向异性的人工电磁材料，实现超级电磁能量的激发和传输；另一方面，运用变换光学理论，实现变换空间和原有空间的电磁散射特性一致，对目标物进行空间变换，用获得的渐变的人工电磁参数替代目标物，实现电磁目标的缩放和转换。

2. 国内外研究现状分析

近几年，电磁超材料（metamaterial）由于其独特而新颖的电磁性质引起国际物理界和电磁学界的极大关注，成为当前微波领域的研究热点之一。电磁超材料的提出和实现改变了人们对两个物理量即介电常数和磁导率的传统认识，而且它突破了传统电磁场理论的一些重要概念，是电磁学界又一个里程碑的重大发现。

电磁超材料是通过设计特定的单元结构，然后按一定周期性或随机进行排列而实现所需要的电磁参数。通过不同的单元结构和不同排列顺序可以实现双负电磁参数材料（也称左手材料lhm），单负电磁参数材料，任意渐变电磁参数材料，甚至零电磁参数材料。由于电磁参数决定媒质的折射率，根据不同的电磁参数可将新型人工电磁材料分为负折射率新型人工电磁材料，正折射率人工电磁材料和零折射率人工电磁媒质。

虽然这些结构或者材料在自然界中并不存在，但独特的电磁特性，弥补了自然媒质的不足，拓宽了人们对自然界的认识。电磁超材料有许多常规材料所不具有的奇特想象，如超分辨率成像，超级能流、能量局域化等，这些独特而新颖的电磁现象引起国际物理界和电磁学界的极大关注，电磁新材料在2003 年被评为科学领域最重大的十大突破之一。

3. 研究的基本内容与计划

本作品运用的经典的电磁场理论和变换光学理论，研究了在平板波导中用各向异性人工电磁材料实现波导的超级能流的激发和传输；研究运用人工电磁材料实现电磁目标的电磁幻觉。

1、研究了二维线源激发下，在波导中产生te波所激发的超级能流以及主模的传播模式，分析各向异性人工电磁材料的耗散对能流的影响。

2、研究了在三维点源激发下，在波导中产生tm波所激发的超级能流现象，分析各向异性人工电磁材料的耗散对能流的影响。

4. 研究创新点

电磁超材料特异性性质的研究是目前国际学术研究的前沿热点。本项目理论研究分析各向异性电磁超材料可以实现常规电磁材料所超级能流现象。通过经典的电磁场理论，运用不同的方法获得实现完美成像的各向异性的电磁参数的选择。数值仿真各向异性电磁超材料实现超级能流。

幻觉光学的研究是目前国际学术研究的前沿热点。本项目理论研究分析各向异性电磁超材料可以实现目标的虚拟。通过经典的电磁场理论，首次运用分离变量方法来推到及分析虚拟器件的解析解，并从多个角度思考其物理意义，并试图找出新的物理。本项目理论分析和讨论缩放器件和转换器件通过人工电磁材料的特殊散射替代目标物的电磁特性，实现目标的电磁幻觉。缩放器件和转换器件理论研究和分析在军事上有重要的应用价值，可以通过缩放器件和转换器件是目标躲避雷达等探测器的追击。