[发明专利]一种基于指数映射的回射式光学隐身斗篷设计方法

说明书

本发明公开了一种基于指数映射的回射式光学隐身斗篷设计方法，首先建立二维x‑y平面坐标系，在半径为R₂的范围内对坐标进行共形映射；将一束平面波从x轴负方向向x轴正方向平行入射；对隐身斗篷所处坐标系的第二、三象限进行极坐标下的线性映射，使半径范围从0‑R₂映射至R₁‑R₂；对坐标系的第一象限进行映射，对坐标系的第四象限进行映射；然后根据变换光学提出的阻抗匹配介质与空间几何的等效关系式，计算出该变形空间的度规张量和该阻抗匹配介质的介电张量与磁导率张量；最后将磁导率张量中的Z分量归一化，按照介电张量分布和磁导率分布，选用人工超材料，制造该光学隐身斗篷。本发明解决了对物体的隐身及物体后方回射信息提取的问题。

技术领域

本发明属于变换光学技术领域，具体涉及一种基于指数映射的回射式光学隐身斗篷设计方法。

背景技术

自从2006年Pendry等人提出变换光学理论以来，各种基于变换光学的隐身斗篷设计方法不断被提出。对于阻抗匹配介质，其介电张量与磁导率张量具有相同的分布形式，根据麦克斯韦方程的形式不变性，这样的阻抗匹配介质对电磁场的作用等效于空间的几何变换。这给人们设计隐身斗篷提出了一种新的思路，通过设计空间的特定变换使光线达到某种弯曲效果，避开被隐身物进行绕射，再根据该空间变换对应的介质介电张量与磁导率张量的分布，进行人工超材料的研究与制造。大多数光学隐身斗篷都设计为透射式，能够使物体后方的光线进入人眼。Pendry等人提出了最早的对于圆柱形区域和球形区域的隐身斗篷设计方法(Pendry J B,Schurig D,Smith D R.Controlling electromagnetic fields[J].science,2006,312(5781):1780-1782.)。在大多数场合中，人们需要接收障碍物之后的信息，但在有些特定的情况下，人们需要接收物体反射回来的光线信息，如激光多普勒测速，激光测距、双光束干涉等，这时候就需要绕开障碍物并接收回射的光线。Jiang和Cui等人提出了一种弯折式的隐身斗篷设计方法(Jiang W X,Cui T J,Zhou X Y,etal.Arbitrary bending of electromagnetic waves using realizable inhomogeneousand anisotropic materials[J].Physical Review E,2008,78(6):066607.)。该方法虽然能够实现对物体的隐身和对光路的弯折，但由于采用了一般的三角函数映射，其介电张量和磁导率张量形式较为复杂，不利于实际的生产制造。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于指数映射的回射式光学隐身斗篷设计方法，以解决对物体的隐身及物体后方回射信息提取的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于指数映射的回射式光学隐身斗篷设计方法，包括以下步骤：

步骤1，建立二维x-y平面坐标系，在半径为R₂的范围内对坐标进行共形映射；

步骤2，将一束平面波从x轴负方向向x轴正方向平行入射；

步骤3，对隐身斗篷所处坐标系的第二、三象限进行极坐标下的线性映射，使半径范围从0-R₂映射至R₁-R₂，R₁为原点经过映射后的值，即斗篷内圆半径；通过以上变换，使光线绕过内圆沿曲线传播，从而使光线不经过内圆中包含的物体，实现光学隐身的效果；

步骤4，对坐标系的第一象限进行映射，即从第二象限水平出射的光束，经过平移映射、旋转映射和指数映射后，由带状区域映射为环状区域，通过以上变换，使平行出射的光线沿圆环路径传播，从而实现光线的回射效果；