可见光频段电磁波隐身研究

Invisibility cloak and graphene are two cutting-edge research areas in this century. Because of their unique electrical, magnetic, optical properties, they become hot topics in the field of materials, physics, optics, and information science. This project intends to study the electromagnetic invisibility cloak device in the visible light spectrum. We plan to study the methods and solutions of the invisibility cloak with parameters easily to be realized in the visible light spectrum. Through the systematic study of the electromagnetic properties of the graphene material, we plan to manipulate the Fermi level, the light impedance, and electromagnetic constitutive parameters by adopting different impurities, substrates and defects. We plan to use high electron doped graphene materials to get the constitutive tensor with one permittivity component negative. This study will provide necessary conditions for the applications of graphene to the invisibility cloak device. We will study the effect of non-ideality factors in the experimental environment on the electromagnetic properties of graphene, and study the methods to control these factors in the experiment, in order to provide the material basis for the preparation of the visible light spectrum cloak. We will study new analytical model, characterization methods, and performance evaluation method of the invisibility cloak based on graphene materials in the visible light frequencies. We will carry out the preliminary experimental validation. The research methods and results obtained in this subject will play an important role in the development of these two new research areas.

隐身衣与石墨烯研究是本世纪两个非常前沿的研究领域，因其各自独特的电、磁、光学性能，正成为材料、物理、光学和信息科学等领域中的研究前沿和热点。本项目拟对可见光频段的电磁隐身器件开展研究，研究电磁参数易于实现的可见光频段隐身器件的设计方法和解决方案。通过系统地研究石墨烯材料的电磁特性，获得不同杂质、衬底或缺陷等掺杂对石墨烯费米能级、光导、以及电磁本构参数调控效果的参数，进而在高电子浓度掺杂下得到本构参数中介电常数变量为负的各向异性介质参数，从而为石墨烯应用于隐身衣器件提供必要的条件。研究实验中存在的非理想因素对石墨烯电磁特性的影响，并能够在测试中加以控制，为可见光频段隐身衣的制备提供材料基础。研究基于石墨烯材料的可见光波段隐身装置的解析模型、表征方法，并能对其性能进行初步的实验验证。本课题获得的研究方法和成果将对这两个领域的发展起到重要的作用。

隐身衣的科学研究是当前电磁学、物理学、光学、材料科学及交叉学科非常前沿和热门的研究领域之一。而石墨烯为代表的二维材料由于具有独特的电、磁、光、热和力学性能，正成为材料、物理、化学和信息科学等领域中的研究前沿和热点。本项目的核心内容是对可见光频段的电磁隐身器件开展研究研究，提出了一种大尺度光频段隐身器件创新性设计思想。此外，从理论和实验上提出了一种能克服以往研究的窄频带的瓶颈的设计方法，设计了一类具有工作频带宽，适用于大转角和凸起的表面波引导器件；研究远红外的大尺寸物体的热像隐身，设计出了一种工作在远红外频段的可用于大尺寸物体的热像隐身的器件，并对其进行了实验验证；探索二维材料在隐身方面的应用，对二维材料的电磁特性进行了相关的研究；为了探索电磁信息传播的情况，我们对量子信息传播方面做了一些研究工作。本项目的预期目标已得到充分的完成，我们也取得了重要的进展，对隐身衣技术的发展有重要推动作用。