新型人工电磁媒质的基础理论与关键技术-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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新型人工电磁媒质的基础理论与关键技术

项目名称：新型人工电磁媒质的基础理论与关键技术
项目类别：重大项目
批准号：60990320
申请代码：F010612
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：崔铁军
负责人职称：教授
依托单位：东南大学
批准年度：2009

中文摘要：

包含左手媒质在内的新型人工电磁媒质是近年来前沿领域之一，能够实现自然界中不存在的电磁参数，可对电磁波进行自由调控，其研究蕴含着大量的基础科学问题和技术挑战。本项目通过研究光学变换的基本理论、新型人工电磁媒质的慢波理论、对电磁波极化和传播的调控机制、对金属表面等离子体激发的调控理论、以及磁共振对电磁波的非线性调控效应等，建立复杂新型人工电磁媒质的理论框架；通过研究低损耗和宽频带的新型人工电磁媒质单元结构、发展基于周期/非周期结构的新型人工电磁媒质等效理论、研究新型人工电磁媒质的快速准确CAD设计方法，在复杂新型人工电磁媒质的关键技术上取得突破；构建新型人工电磁媒质二维和三维创新实验平台，在高性能隐身装置和其它新型电磁器件的实验验证等重要问题上取得突破；通过新型人工电磁媒质典型应用研究，解决卫星通信系统和新一代无线通信系统等小型化、轻型化、赋形化中的关键技术问题。

中文主题词：新型人工电磁媒质；电磁波调控；隐身装置；快速准确设计；典型应用

英文摘要：

Metamaterials；controlling EM waves；cloaking devices；fast accurate design；typical applications

英文主题词： Metamaterials；controlling EM waves；cloaking devices；fast accurate design；typical applications

结论摘要：

本项目围绕新型人工电磁媒质的基础理论与关键技术这一主题，从新型人工电磁媒质对电磁波的调控机理、新型人工电磁媒质的等效媒质理论与设计方法、基于新型人工电磁媒质的可调谐新型天线与射频器件、以及新型人工电磁媒质的典型应用四个方面展开了深入研究，取得了一系列突破性研究成果。1）利用具有梯度性质电磁参数的人工电磁媒质实现了传播波到表面波的完美转换。2）系统地研究了等离激元特异介质体系对电磁波的有效调控机理，并利用该体系设计和实现了如亚波长成像、超薄慢波体系等奇异现象。3）首次提出并实验验证了三维微波段“地面隐身衣”，具有宽带、低损耗等优点，适用于不同极化、任意方向入射的电磁波；首次在可见光波段实现宏观隐身衣结构，4)提出新型三维变换光学器件-具有平坦聚焦面的变形龙伯透镜，实验证明其频带宽、增益高、副瓣低、双极化、无相差、辐射角度大，整体性能远优于同口径的传统天线。5）首次基于新型人工电磁媒质实验验证了微波段的“电磁黑洞”及可见光波段的“电磁黑洞”；实验验证了人工电磁媒质中的逆切伦科夫辐射现象。6）利用变换光学理论实现了一批性能优越的新奇器件，实现对电磁波的精确控制如共形表面等离子激元传输线及无源器件、虚拟变换和缩小器件等，实现了对电磁波的精确控制。7）首次利用电阻网络验证了一系列直流隐身衣，利用传输线网络人工电磁媒质验证了隐形通道理论。8）提出了人工电磁媒质的快速准确设计方法，实现了复杂人工电磁媒质系统的快速准确设计。9）研制了基于人工电磁媒质的平板透镜天线以及小型化和轻型化的射频器件与天线，以应用于卫星通信、新一代无线通信等工程系统。本项目在《Nat. Mat.》、《Nat. Photon.》、《Nat. Comm.》、《PNAS》、《Phys. Rev. Lett.》、《Adv. Mat.》等国际重要刊物发表论文300余篇，在国际学术会议上作70余次邀请报告，成功主办了“第五届纳米光子国际会议”和“2012年新型人工电磁媒质国际研讨会”两次国际会议。部分研究成果入选2010年中国科学十大进展、2013年全国百篇优秀博士论文、2010年度New J. Physics最佳论文，获得2011年教育部自然科学一等奖，被Nature, Scientific American, New Scientist, MIT Technology Review等所报道，在国际上产生了重要影响。

成果综合统计