基于變換光學(xué)的隱身衣設(shè)計(jì)

李恒一，張 權(quán)，王中平，趙 偉，鄭 虹，朱 玲，張?jiān)雒?/p>

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 物理學(xué)院，安徽 合肥 230026)

2006年，Pendry等提出了變換光學(xué)理論，應(yīng)用這一理論，可以精確控制電磁波傳輸?shù)穆窂絒1].變換光學(xué)的理論是：利用麥克斯韋方程組在坐標(biāo)變換下的形式不變性[2](只考慮電磁場(chǎng)關(guān)于空間的變換)，通過空間坐標(biāo)變換來推導(dǎo)介質(zhì)在現(xiàn)實(shí)物理空間上的介電常量和磁導(dǎo)率張量等參量，從而根據(jù)這些參量設(shè)計(jì)具有特殊功能的介質(zhì).變換光學(xué)建立了空間坐標(biāo)變換與材料參量改變之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可將復(fù)雜的電磁計(jì)算問題轉(zhuǎn)換為較簡(jiǎn)單的空間坐標(biāo)變換問題，為人類控制電磁波的傳播特性提供了理論指導(dǎo)并拓展了新的研究思路.科研人員使用變換光學(xué)的方法設(shè)計(jì)了各種變換光學(xué)器件，比如隱身斗篷[3-4]、天線[5]、電磁集中器[6]、電磁波旋轉(zhuǎn)器[7]、透鏡[8]等，且很多變換光學(xué)器件在實(shí)驗(yàn)上已得到了驗(yàn)證[9-10].

本文介紹了麥克斯韋方程組在坐標(biāo)變換下形式不變性，基于變換光學(xué)設(shè)計(jì)隱身衣的設(shè)計(jì)思路，并通過COMSOL Multiphysics仿真軟件仿真二維圓柱形、橢圓柱形、正方形的隱身衣.將變換光學(xué)的理論引入本科物理實(shí)驗(yàn)，有利于激發(fā)本科生的科學(xué)研究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高科研技能等綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì).此外，本文模擬仿真的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容亦適用于作為遠(yuǎn)程教學(xué)的課程，豐富教學(xué)模式.

1 麥克斯韋方程組在坐標(biāo)變換下的協(xié)變性

麥克斯韋方程組在坐標(biāo)變換下形式保持不變[11]，這里進(jìn)行空間變……