新型光學(xué)與聲學(xué)吸收系統(tǒng)的理論與設(shè)計(jì).pdf

1、超材料是一種新型的人工微結(jié)構(gòu)材料，因其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和物理性質(zhì)，在各個(gè)領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用前景，受到世界各國研究者們的廣泛關(guān)注，是近年來國際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。伴隨著電磁超材料、聲學(xué)超材料領(lǐng)域的快速發(fā)展，關(guān)于其吸波性能的研究同樣引起了大家的興趣。因超材料有著可任意調(diào)控的有效介質(zhì)參數(shù)，可以很好地用在相干完美吸收體的設(shè)計(jì)中。相干完美吸收體是利用相干光在吸收體內(nèi)的干涉效應(yīng)，產(chǎn)生反激光過程，使吸收體可完美吸收掉所有入射波的能量。相干完美吸

2、收體又稱時(shí)間反演激光器，與激光器是兩個(gè)完全互逆的物理過程。最近，相干完美吸收體在光學(xué)和聲學(xué)領(lǐng)域里相繼被提出和實(shí)現(xiàn)。此外，相干完美吸收體—激光器的概念由研究學(xué)者們從Parity-Time(PT)對稱系統(tǒng)，即宇稱時(shí)間反演對稱系統(tǒng)中提出，利用系統(tǒng)中的吸收和增益材料參數(shù)，僅需通過調(diào)節(jié)入射波的相位差，就可以使其功能從一個(gè)激光器變成相干完美吸收體。
　　本文從相干完美吸收體對入射波相位相干性的嚴(yán)格要求出發(fā)，研究了其在實(shí)際應(yīng)用上的局限性，進(jìn)而提

3、出多通道相干完美吸收體的概念，并設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多通道相干完美吸收體，使具有隨機(jī)波前的“不相干”波也能被完美吸收。另外，我們研究了一種新穎的超材料：能量平衡零折射率材料，并利用其實(shí)現(xiàn)了相干完美吸收體—激光器。本文的主要安排如下：
　　第一章，本課題研究背景及進(jìn)展。簡單介紹了電磁超材料、聲學(xué)超材料的研究進(jìn)展及其物理特性，重點(diǎn)闡述利用超材料實(shí)現(xiàn)光學(xué)與聲學(xué)相干完美吸收體的理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬。
　　第二章，多通道光學(xué)相干完美吸收

4、體的研究。從對相干完美吸收體的相位相干性研究出發(fā)，提出兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，即多層圓柱體結(jié)構(gòu)和相干完美吸收體群集，來實(shí)現(xiàn)多通道光學(xué)相干完美吸收體，它可以減弱對入射波相位相干性的要求，并對具有隨機(jī)波前的“不相干”入射波的吸收也有著較好甚至完美的吸收效率。
　　第三章，多通道聲學(xué)相干完美吸收體的研究。借助光學(xué)與聲學(xué)波方程的相似性，構(gòu)造多層圓柱體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多通道聲學(xué)相干完美吸收體。
　　第四章，能量平衡零折射率材料實(shí)現(xiàn)相干完美吸收體—激光