1、自從2006年Pendry等人提出用坐標變換的方法成功地設計了完美的隱身衣以來,在電磁學中,坐標變換法已經成為了一個用于任意地控制電磁波傳播路徑的通用方法,在最近幾年吸引了越來越多的研究者的興趣,并初步形成了一門新的學科即“變換電磁學”。變換電磁學利用坐標變換法來設計和研究各種基于超材料的具有新穎功能的器件,這些器件可統(tǒng)稱為“變換器件”。坐標變換法作為一種強大的設計手段,對電磁波的隱身與偽裝領域有著重要意義。利用它不但設計出了各種形狀的

2、隱身衣,而且派生出了許多具有新式隱身與偽裝功能的電磁波器件,例如旋轉器、波束分離器、超級散射體、超級吸收體、外部隱身衣(隱身傘)、幻象器等等。但是由于設計出來的各種變換器件對材料的要求十分苛刻,通常需要材料參數高度各向異性、并隨著位置在相當大的數值范圍內連續(xù)變化等等。這些困難如果不解決將會極大的制約設計出來的各種變換器件的實現,而真正實現這些器件才是變換電磁學的意義所在。在現階段甚至是在可預見的未來,材料的制備手段難以發(fā)展到符合目前大多

3、數變換器件要求的水平。因此,本文致力于設計各種器件的易于實現的版本,與此同時,為了進一步發(fā)揮坐標變換法的作用,還設計了多種新式的具備各種功能的變換器件。首先,為了降低變換器件的結構復雜程度和對材料的要求,我們在論文中開展了五個方面的工作:1、設計了一種均勻材料構建的隱身衣,該隱身衣由八塊共四種非奇異的均勻材料組成,能夠給實際實現帶來極大的方便:2、設計了一種適用于各種類型物體的通用位移器,能夠將任意的物體圖像移動特定的距離,從而達到隱藏

4、物體真實位置的目的；3、基于通用位移器的概念,提出了一種更佳的設計方法,得到了由均勻材料構成的通用位移器,該器件在實現上將更為容易；4、提出了一種隨著入射場的方向變化而改變場聚集率的場聚集器,這種器件可望在太陽能電池中得到應用,也可進一步改進成為結構簡單的超級散射體或吸收體,進而應用于隱身或偽裝領域；5、設計了由均勻材料構成的場聚集器,并且發(fā)現在此基礎上能夠獲得由均勻材料構成的可變聚集率的場聚集器以及超級散射體、吸收體。其次,為了適應實

5、際物體復雜多變的外形,提出了一種邊界映射法用以設計一些復雜的任意形狀的器件,并利用此方法首次設計出了真正任意形狀的變形器。最后,為了解決變換器件中普遍存在的損耗問題,提出了一種新的復坐標變換方法,這種新的方法能夠把材料的電磁參數的虛部考慮到,這與傳統(tǒng)坐標變換法只考慮材料的電磁參數的實部有顯著不同,使用傳統(tǒng)坐標變換法設計得到的器件全部都需要由無損耗的材料構成,而一般材料都會具有損耗,實際材料的損耗會顯著地降低器件的性能,特別是在實用的情況