在过去的几年里, 随着新型人工电磁材料的应用和变换光学研究的开展, 电磁波隐身逐渐在科学上变为可能, 并得到了迅速的发展。

最近, 一篇文章从实际实现的角度, 回顾了几种主要的电磁波隐身衣设计思路和相应的实验进展, 并且着重介绍了目前隐身衣从前向设计到逆向设计的变化思路。鉴于逆向设计法可以解决一些前向设计法局限性, 文章预测未来电磁波隐身器件的设计将综合前向设计和逆向设计两种方法各自的优势。

这篇名为“Invisibility cloaks from forward design to inverse design”的综述文章发表于SCIENCE CHINA Information Sciences 2013年第12期自然科学基金进展专栏 “Metamaterials”专题, 从实验角度讨论了前向设计法和后向设计法各自的特点, 由浙江大学信息与电子工程学系陈红胜教授担任通讯作者撰写。

电磁波隐身, 一直以来都是人类的梦想。 这一技术在军事, 医疗等领域有着极其重要的应用价值。目前大多数的隐身器件设计主要基于下面3种设计思路: 1. 由Pendry教授课题组提出的变换光学法; 2. 由Ulf Leonhardt教授提出的保角变换法; 3. 由Engheta教授课题组提出的散射相消法。 随着新型人工电磁材料的发展, 人们已经可以利用这3种方法设计并实验实现电磁波隐身器件。 这几种方法在设计隐身器件都具有各自独特的优势, 也有各自的局限性。比如, 在实验实现前进行定量的性能评估比较困难, 增加了电磁波隐身器件的实验难度。

这篇文章着重介绍了电磁波隐身衣的“逆向设计法”。 逆向设计法可以将前向设计法中的优点有效的结合起来, 融入一次设计中, 从而解决了单一方法中会遇到的瓶颈, 从而拓展了电磁波隐身技术的实用可能性。 该方法的创新之处在于可以在设计开始前, 设定一定的初始条件, 把宽带、散射相消概念、各向异性材料、相位非超光速传播等重要特性纳入设计中, 并利用优化算法得到合适的结果. 这样设计出的隐身衣更加具有目的性和实际性, 从而大大减少了设计和实验难度。

该研究认为, 未来隐身衣的潜在设计过程是从前向设计方法起步, 然后通过逆向设计方法来进行优化, 最终获得可行的设计方案, 在隐身器件实验设计中具有重要的价值。

   研究得到了国家自然科学基金资助项目(批准号: 60990320, 60990322, 61275183, 61322501) 资助.

来源论文:

XU Su, WANG Yong, ZHANG BaiLe,CHEN HongSheng. Invisibility cloaks from forward design to inverse design.SCIENCE CHINA Information Sciences, 2013, 56(12): 120408(11).

论文链接: http://info.scichina.com:8084/sciFe/EN/abstract/abstract512915.shtml

SCIENCE CHINA Information Sciences 2013年第12期自然科学基金进展专栏 “Metamaterials”专题：