新型变换光学隐形体系的机理与实验研究

隐形体系是变换光学理论和人工电磁媒质的重要应用，在军事和民用上都有重要意义。本项目研究新型的变换光学隐形体系，在优化隐形体系理论模型的同时，重点开展隐形体系的"动态"特性、原型装置实现方法及实验验证研究。通过对空间变换关系和坐标映射关系的优化，降低隐形体系媒质参数的复杂性，提高隐形体系理论模型的材料可实现性；通过对隐形体系"动态"特性的分析和定量表征，揭示电磁波与隐形体系交互的深层物理机制，并据此对不同设计方法的物理可实现性作出比较和评估；通过研究各向异性非均匀媒质和具有负参数的互补媒质的传输线网络结构表征方法，设计并实现多种新型隐形体系的原型装置；通过对隐形体系原型装置的高性能测试平台研究，建立和完善相应的测试方法与技术，实现对隐形体系"稳态"和"动态"特性的准确测量，现实验证多种新型隐形体系的理论模型，建立对设计具有现实指导意义的实验数据库，推动变换光学隐形体系工程应用的发展。

隐形体系是变换光学理论和人工电磁媒质的重要应用，在军事和民用上都有重要意义。本项目研究了变换光学隐形器件等新型电磁功能器件，在优化其理论模型的同时，开展了变换光学电磁器件的实现方法研究和原型装置设计，在此基础上开展了器件物理特性的实验研究。本项目将辅助空间变换方法推广应用于任意形状电磁互补介质隐身衣的设计，从理论上得出用于求解任意形状电磁互补介质参数的解析表达式，为电磁互补介质参数的优化和器件的灵活设计提供了有效方法。本项目结合互补介质概念和变换光学理论，提出了一种具有开口窗的分布式场旋转器；基于变换光学原理，将电磁场旋转和电磁场集中两种功能结合起来，设计了一种新型的变换光学器件—电磁旋转集中器。本项目研究了全参数张量传输线媒质在变换光学原型器件设计中的应用，提出了“场”、“路”结合分析方法，推导得出张量传输线媒质单元结构元件参数与其等效媒质参量间的映射关系，以及张量传输线网络中电压电流波的传播方程与色散方程，为变换光学原型器件的设计与实现奠定了理论和方法基础。本项目设计研制了器件的实验测试与性能表征平台，首次完成了全参数变换光学场旋转器和场集中器的实验验证。此外，还开展了具有外部隐身特性的幻觉光学器件、以及非规则形状隐身衣等隐身器件的稳态与动态特性实验研究，对宽带电磁脉冲在隐身衣中的动态传播过程，以及脉冲穿过隐身衣后的时延效应和脉冲展宽效应等进行了定量测试与分析，证实了宽带隐身衣对电磁脉冲的透明特性及其物理可实现性。此外，本项目还开展了基于人工电磁吸波表面的隐身机理研究，探索了基于人工电磁媒质的太赫兹波调控机理及其在超辨率成像中的初步应用。本项目研究成果促进了变换光学方法、新型隐身机理以及人工电磁媒质基础理论和工程应用的发展。