Design of square-shaped heat flux cloaks and concentrators using method of coordinate transformation

A square-shaped heat flux cloak and a square-shaped heat flux concentrator have been designed theoretically according to the invariance symmetry of steady state thermal conductive equation. The direction of heat flux in these devices can be modulated as desired. Using the method of coordinate transformation, the inhomogeneous and anisotropic thermal conductivity in the transformation region have been acquired. Two-dimensional finite element simulations were performed to confirm the theoretical results.     

用各向同性材料实现宽带声波功能器件设计

利用坐标变换的方法并结合保角映射技术,论文介绍了一种利用常规的各向同性材料来设计声波器件的方法.基于此理论,设计了二维声波隐身斗篷,并进行有限元模拟,证明了该器件的有效性.另外由于设计中没有利用材料共振的性质,所以器件是宽带有效的.该方法将有助于拓宽声波功能器件的设计,并为实验验证声波器件提供了可能.     

变换光学中的几个数学问题分析及其在隐身毯设计中的应用

变换光学(TO)是目前电磁领域的一个研究热点,为了对基于TO的隐身斗篷设计提供更深入的理论支持,该文对TO的3个基本数学问题进行了讨论。首先分析了基于Maxwell方程组3维坐标变换下变换形式的唯一性问题,提出了不同于参考文献的新变换方式,指出了可以灵活调整变换空间特性阻抗的变换方法。以此为基础,提出了以自由空间的场分布为原始空间,通过变换获取到可以隐藏在介质包围区域中并和介质阻抗匹配的隐身斗篷设计方法。然后以基于波动方程的2维TO为研究对象,分析了以电场分量波动方程为基础进行2维变换时,磁场所满足的变换关系和对应的边界条件特性,同样指出了可以隐藏在介质包围区域中并和介质阻抗匹配的隐身斗篷设计方法。最后从数学上证明了2维变换下共形变换对于设计出非各向异性介质隐身斗篷的充分必要性。以上述讨论为基础,该文给出了一个嵌入式斗篷的仿真验证示例。该文的研究内容和结论对基于TO的各种电磁应用提供了理论支持。     

TE波辐射下超材料椭圆柱电磁斗篷特性分析

利用有限元方法分析了TE波辐射下,超材料椭圆柱斗篷的电磁特性。研究发现：当超材料的介电常数、磁导率和电导率偏离理论值0.5%时,斗篷外的电场发生了明显变化;当材料的介电常数、磁导率和电导率为理论值时,不论在斗篷内放置什么特性的材料,也不论斗篷内壁上的边界条件如何,超材料椭圆柱斗篷都具有隐形作用。     

Time gap for temporal cloak based on spectral hole burning in atomic medium

We demonstrate the possibility of creating a time gap in the slow light based on spectral hole burning in a fourlevel Doppler broadened sodium atomic system. A time gap is also observed between the slow and the fast light in the hole burning region and near the burnt hole region, respectively. A cloaking time gap is attained in microseconds and no distortion is observed in the transmitted pulse. The width of the time gap is observed to vary with the inverse Doppler effect in this system. Our results may provide a way to create multiple time gaps for a temporal cloak.     

隐形斗篷的研究

基于坐标变换理论设计了菱形、不规则四边形和扇形隐形斗篷。利用COMSOL Mul-tiphysics对其进行仿真得到,覆盖斗篷后电磁场可以"拐弯"绕着物体走,斗篷内部区域未受到电磁场干扰,隐形效果均得到了较好的证实。这三种形状的隐形斗篷比圆柱形和球形斗篷更为常见,因而在减少物体的雷达散射截面(RCS)方面具有更为广泛的实用性。     

Transformation Electrics: Cloaking and Rotating Electric Current

Transformation optics provides great versatility for precisely manipulating electromagnetic waves. It has been extended to other fields including acoustics, thermotics, and electrics. Taking advantage of the transformation electrics method, we demonstrate that the square-shaped cloak can guide electric current around the cloaked region smoothly without perturbing the exterior electric current. And the cylindrical rotator can rotate the electric current.Inside the enclosed domain of the rotator, the electric current from the outside will appear as if it is coming from a different angle. Finally, the related experimental realizations and potential applications are also discussed.     

任意三维非共形椭球隐身斗篷的设计研究

目前,对于隐身斗篷的研究只局限于内外边界共形,基于线性坐标变换理论,提出任意三维非共形椭球隐身斗篷的设计方法,并得到非共形椭球斗篷的本构参数张量表达式,该斗篷的本构参数是非均匀各向异性的。根据推导出的本构参数张量,利用基于有限元分析的电磁仿真软件,对多种类型电磁波照射时的不同几何参量的非共形椭球斗篷进行三维仿真验证,三维电场分布图证实了所推导本构参数张量的正确性。三维任意非共形椭球斗篷在几何形状选择上更加灵活,更加贴合实际应用。提出的三维任意非共形椭球斗篷也为今后隐身斗篷的设计提供一种新的途径。     

基于主动声学超材料的圆柱声隐身斗篷设计研究

基于多层复合材料结构的二维声隐身斗篷设计思想, 利用主动隔膜声学空腔有效密度可以任意控制这一特性, 设计了主动声学超材料下的无限长圆柱声隐身斗篷. 给出了主动隔膜声学空腔单元的声电元件类比模拟电路图和具体的有效密度控制方法. 进行了主动声学超材料声隐身斗篷的结构建模, 并对平面入射波入射下此圆柱隐身斗篷周围声压分布场进行仿真计算. 结果表明, 平面波在一定频率范围内可以毫无阻碍地透过圆柱斗篷, 似乎不存在这种障碍物, 达到声隐身效果. 同时, 计算了主动声材料斗篷下总散射截面随频率变化曲线, 研究了此斗篷隐身效果随频率的变化特性. 本文从主动控制角度探讨实验实现隐身斗篷的技术问题, 有望给声隐身斗篷实验设计提供一条新的技术途径.     

圆柱形分层五模材料声学隐身衣的理论与数值分析

声学隐身衣物性参数分布的连续对制备造成了很大困难, 需要采用分层的方法进行近似. 研究分层对隐身衣性能的影响具有重要意义. 本文首先推导了圆柱形分层声学隐身衣散射声压场的理论解, 然后通过数值算例验证了理论推导的正确性, 最后针对层数、层厚分布对隐身衣性能的影响进行了计算研究. 结果表明, 选取恰当的层数和层厚分布可在不增加制备难度的同时改善隐身衣性能.