《智慧型場控變換光學全介質隱身斗篷研究》是依託清華大學，由趙乾擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：智慧型場控變換光學全介質隱身斗篷研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：趙乾
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於變換光學的電磁隱身斗篷通常由非均勻的金屬結構基元構建而成，特定頻點或頻段的隱身效應限制了其實際套用。本課題擬研究一種基於介電顆粒Mie諧振原理的變換光學隱身斗篷及其外場調控多頻隱身行為。由變換光學原理出發，由理論上研究不同階次的坐標變換函式對柱狀理想與簡化參數隱身斗篷性能的影響規律；揭示利用電磁波與構建隱身斗篷的介電基元間的相互作用及基元間的耦合效應實現隱身斗篷的物理本質；利用晶體晶胞設計原理，實現電磁參數呈各向異性和梯度分布的全介質Mie諧振電磁超常材料；通過材料介電基元幾何尺寸、形狀、電磁參數、填充率和空間取向等參數設計實現不同波段（微波和THz波段）全介質隱身斗篷；闡明介電基元等效電磁參數外場回響函式，推演整個隱身斗篷性能動態變化的本徵方程，建立隱身效果、散射參數與外場動態調節間的關聯。該研究為多頻率回響和主動控制隱身斗篷的實現提供了一種新的途徑，有重要的學術意義和套用價值。
結題摘要
本項目按照計畫進行，順利完成研究計畫。所取得的成果如下：（1）介電顆粒與電磁波相互作用及其對局域電磁場的可調諧控制：提出利用電磁場空間分布來直觀研究單個及數個介電顆粒與電磁波的相互作用、強定向散射控制作用以及對相位約束作用；構造出了首個基於介電顆粒Mie磁諧振的各向同性近零磁導率亞波長介質，理論與實驗驗證了單層矩形樣品和圓形樣品對其中所傳播的柱面波的相位調製作用，實現了波源的強定向發射性能以及近零折射效應；利用介電材料的溫度調控特性，實現了溫度主動調控的多工作頻段的零折射效應。（2）超順磁超-超材料的構築及其高頻磁回響：提出了一種基於超順磁納米顆粒的超-超材料設計思想，實現了較強的高頻磁回響以及較弱的介電回響特性；研究了該超-超材料平板與金屬銀平板之間的Casimir力，理論預測了一定距離範圍內的Casimir排斥，避免了MEMS中的粘著失效及摩擦磨損問題；利用納米超順磁顆粒的磁性受偏置磁場影響的特性可調控其高頻磁導率，進而調控其Casimir力。（3）基於變換光學的任意多邊形隱身器件設計算法：提出了基於頂點控制方法的任意多邊形的變換光學隱身算法，得到了隱身材料的本構參數的通解表達式；將該算法套用到了某航空器的不同比例模型中，得到了理想的全波隱身仿真結果。（4）基於介質顆粒的溫度調控變色龍隱身斗篷：理論證明了利用長方體介電顆粒的各向異性Mie諧振能實現各向異性的特異電磁參數，且其各向異性僅與顆粒的幾何形狀有關，而與具體尺寸和介電常數無關；基於上述原理，利用長方體介電顆粒構築了首個單向全介質場控隱身器件，數值仿真和實驗驗證了其溫度調控隱身效應；該工作為可調諧變換光學cloak提供了一種簡便的設計思路和製造方法，並且可以容易地擴展到其他頻段。
