简单comsol隐身衣研究_论文
2006年，当代光学的一大前沿课题“变换光学”被提出。变换光学基于Maxwell方程组协变性，是一种能够精确控制电磁场传播的理论，它的基本思想可以简单地解释为通过假想空间的弯曲来等效物理空间中的真实媒质。作为变换光学的一个非常引人入胜的应用——完美光学隐身的设想一经提出，就受到了广泛的关注和研究。这一领域为科学家们提供了一个发挥想象力的舞台，形形色色的隐身结构和设想被提出，甚至被部分实现，其中以科学家J.B.Pendry以及Ulf Leonhardt为代表，二者各自的团队分别取得了令人瞩目的成果。隐身衣领域集合了物理，化学，材料，计算机等等各个领域的科学家，在近几年获得了迅速发展。HM000082
在这一前提下，本设计从理论和数值模拟两个方面出发。首先，在参考多篇相关论文、学术成果与科学文献的情况下，对隐身衣的思想、原理、方法作了一定的调研与整合；然后，推导了不同结构下的空间变换所导致的材料参数的分布公式，并且成功实现了利用COMSOL软件对若干较简单的隐身衣进行的数值仿真；之后，在仿真的基础上，本文还分别针对不同条件下，比如不同入射方向、不同波长以及不同被隐身材料等情况，对隐身衣的特性进行了详细的研究和讨论；最后，本文还针对一定范围内的材料参数扰动，以圆柱形隐身衣为例进行了若干种仿真比较，以探究材料参数扰动对隐身衣效果的影响。这为今后进一步对变换光学的研究奠定了一定的基础。
关键词: 隐身；变换光学；数值仿真；COMSOL；
1.1.2 隐身衣技术的发展
在J.B.Pendry发表了设计隐身衣的理论的五个月后，美国杜克大学实验性地制作出了一个二维圆柱状的电磁隐身衣器件[3]，如图1.1所示。该器件的材料参数是理想隐身衣的非均匀异向材料(metamaterials)参数的简化参数，即它是通过简化参数的办法来设计隐身衣的。实验设计中是通过径向改变单元介质的大小来实现这一材料参数变化的特性的。这个单元介质是由分离的环状共振器组成的(Split-ring resonators)。这个实验隐身衣器件工作在微波波段中的一个特定的波长，即当输入的电磁波为这个特定的微波波段中的波长时，该隐身衣器件可以使放在其内部的物体对这个微波表现出隐形。这个应用可以被用于反雷达技术。
而在过去的几年年里，头条新闻已经报道了Ulf Leonhardt[4]走出的第一步，还有众多团队不仅是朝着隐形装置的方向努力，还有超清晰镜头、全方位反射体和像坍缩星那样会吞噬光线的的人工黑洞。
迄今为止，所有的这些装置都已经经过了理论验证[5]，但是还远远达不到实用程度。此外，小型的装置还不能是一些物件很完美的隐形，也不能使很大的物件隐形。但是在一些波长范围内已经能做到隐形的物体不用显微镜看不出来的程度了。因为遮盖较长波长的装置比较简单，所以第一个取得成功的是微波——波长能够以英寸来测量。一些装置能在红外线下工作，这类光波的波长甚至比针头直径还小。而能在波长更短的光波下有效的装置也被提上了议事日程。查看完整请+Q:351916072获取
图1.1 异向介质材料的电磁隐身衣
1.2 本文内容与结构
本文中,我们仿真研究的重点是研究二维形态下的几种隐身衣。
第一,文内运用了坐标转换的方法来设计隐身衣；第二，在设计仿真成功多种隐身衣之后，继续对各种可能影响隐身衣效果的因素进行分类讨论，模拟仿真，并最终得出结论。
本论文的结构安排如下所述:
首先，在第二章中主要阐述了电磁隐身衣技术的原理：坐标转换。然后给出了设计隐身衣所需要的具体步骤，并在引入的基本概念的基础上,给出隐身衣设计的例子。
在第三章中,我们将在前章的基础上，给出每个隐身衣的电磁材料参数、内部材料以及边界条件，仿真出单、双层圆柱形隐身衣，方形和双极隐身衣，在仿真后对各个隐身衣的效果进行了对比和总结。
第四章是本论文的中心，在前几章的基础上，本章对可能影响到隐身衣效果的各个参数进行了分类讨论和模拟仿真，这些参数有折射率、内部材料和源。通过对比，本文得到了各个参数对隐身衣效果的实际影响，并总结出了其中的关键因素。
第五章是对本论文主题内容的综述总结。
第二章 隐身衣技术
坐标转换理论，是由英国科学家J.B.Pendry提出的一种能够根据需要控制电磁波传播的理论工具，基本原理是Maxwell方程组的形式不转性[1]。
坐标转换是一个广义的坐标转换或空间转换，转换前后的空间分别称为预设空间和转换空间。预设空间一般为真空，转换空间是设计所得器件存在的空间。
通过选择合适的转换函数，可将预设空间的部分区域，转形为转换空间中的对应区域，如图2.1所示。转换前后Maxwell方程组的形式不转。对于此转换可以解释为：转换前后，空间没有发生转化，但材料的电磁参数发生了转化。也就是说，材料电磁参数的转换完全等效为空间的扭曲，利用光学转换所设计的电磁器件就是材料对电磁场实现了一个等价的坐标转换。
转换后的媒质有两个重要性质：一、转换介质的光程和预设空间的完全一样；如果转换前后区域的边界不转换，则所得转换媒质是根本没有反射的，即其对电磁波的作用效果，与预设空间电磁波的传播效果完全等价[6]。
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 引言 - 1 -
1.1 研究背景 - 1 -
1.1.2 隐身衣技术的发展 - 2 -
1.2 本文内容与结构 - 2 -
第二章 隐身衣技术 - 4 -
2.1 坐标转换理论 - 4 -
2.2 隐身衣设计理论 - 5 -
2.2.1 隐身衣设计步骤 - 5 -
2.2.2 隐身衣设计举例 - 6 -
2.3 本章小结 - 7 -
第三章 简单隐身衣仿真 - 8 -
3.1 不同型隐身衣 - 8 -
3.1.1 圆柱形隐身衣 - 8 -
3.1.2 方形隐身衣 - 10 -
3.2 双层隐身衣 - 12 -
3.2.1 双层圆柱形隐身衣 - 12 -
3.3 非典型隐身衣 - 13 -
3.3.1 双极隐身衣 - 13 -
3.4 椭圆形隐身衣 - 14 -
3.5本章小结 - 16 -
第四章 不同情况下隐身衣仿真 - 17 -
4.1 不同光源情况 - 17 -
4.1.1斜入射 - 17 -
4.2 不同内部物体材料的情况 - 18 -
4.2.1 空气 - 18 -
4.2.2 不同折射率情况 - 19 -
4.3 不同频率 - 21 -
4.4 参数扰动 - 22 -
4.5 本章小节 - 23 -
第五章 总结与展望 - 24 -
5.1论文总结 - 24 -
5.2工作的展望 - 24 -
参考文献 - 26 -
致 谢 - 28 -
英文翻译- 29-查看完整请+Q:351916072获取
