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近年来,通过改变结构单元的几何参数及结构单元的排列方式,可以实现不同参数的新型人工电磁材料,其中包括左手材料,渐变折射率材料和零折射率材料等。由于新型人工电磁材料能够任意地控制电磁波传播,实现了一些全新的功能因而受到前所未有的重视。本文从理论上研究了左手材料和渐变折射率材料的电磁特性。
本文的主要工作如下:
1.分析各向同性左手材料的成像规律和能量局域化现象。首先提出了附有金属板的左手介质的新成像系统,讨论了介质耗散和失配对成像质量的影响。其次讨论在TM和TE模式同时存在时,左手介质板的完美成像性质和能量局域化机理,分析了耗散和失配对成像和能量局域化的影响。
2.分析了各向同性的左手材料中的超级能流密度现象。讨论在TM和TE模式同时存在时,平板波导中填充左手材料时在两个不同的方向上产生超级能流密度的条件和机理,分析了耗散对超级能流密度的影响。
3.分析双轴各向异性的左手材料中的完美成像条件。讨论了在一般各向异性材料中的色散关系,分析双轴各向异性左手材料中TM和TE波的成像条件。讨论回旋媒质中,弱回旋分量对成像的影响。
4.分析双轴各向异性左手材料中的Goos-H(?)nchen位移现象。讨论了各向异性左手材料中,不同的电磁参数在部分反射和全反射情况下的Goos-H(?)nchen位移,分析了耗散对Goos-H(?)nchen位移的影响。
5.设计了内界是圆形,外界是方形的非共形的隐身结构和能量汇聚结构。运用光学变换方法,获得变换结构内部的各向异性的电磁参数。理论和数值分析隐身结构电磁特性。
6.运用光学变换方法,通过压缩和拉伸变换的方法,设计了两种透明结构。一个是圆柱模型,另一个是椭球模型。数值分析结果很好地证实了该结构的电磁透明特性。
7.运用嵌入式变换光学方法,通过设计不同的几何结构,获得变换结构各向异性的电磁参数,实现电磁波的偏折和分裂。在此基础上,提出和设计出一种新的电磁波隐身方法,即在电磁目标界面的线性和非线性绕射实现了目标的隐身。
8.提出一种运用新型人工电磁材料实现电磁波模式相互转化的方法。设计了随空间变化的电磁参数来改变电磁波在不同方向的传播速度,实现不同波的波式转化。研究和设计了球面波和柱面波与平面波之间的相互转化。