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電磁波隱身器件設計新思路: 逆向設計方法

神秘

（）據EurekAlert!：在過去的幾年里, 隨著新型人工電磁材料的應用和變換光學研究的開展, 電磁波隱身逐漸在科學上變為可能, 并得到了迅速的發展 。
最近, 一篇文章從實際實現的角度, 回顧了幾種主要的電磁波隱身衣設計思路和相應的實驗進展, 并且著重介紹了目前隱身衣從前向設計到逆向設計的變化思路 。鑒于逆向設計法可以解決一些前向設計法局限性, 文章預測未來電磁波隱身器件的設計將綜合前向設計和逆向設計兩種方法各自的優勢 。
這篇名為“Invisibility cloaks from forward design to inverse design”的綜述文章發表于SCIENCE CHINA Information Sciences 2013年第12期, 從實驗角度討論了前向設計法和后向設計法各自的特點, 由浙江大學信息與電子工程學系陳紅勝教授擔任通訊作者撰寫 。
電磁波隱身, 一直以來都是人類的夢想 。這一技術在軍事, 醫療等領域有著極其重要的應用價值 。目前大多數的隱身器件設計主要基于下面3種設計思路: 1. 由Pendry教授課題組提出的變換光學法; 2. 由Ulf Leonhardt教授提出的保角變換法; 3. 由Engheta教授課題組提出的散射相消法 。隨著新型人工電磁材料的發展, 人們已經可以利用這3種方法設計并實驗實現電磁波隱身器件 。這幾種方法在設計隱身器件都具有各自獨特的優勢, 也有各自的局限性 。比如, 在實驗實現前進行定量的性能評估比較困難, 增加了電磁波隱身器件的實驗難度 。
這篇文章著重介紹了電磁波隱身衣的“逆向設計法” 。逆向設計法可以將前向設計法中的優點有效的結合起來, 融入一次設計中, 從而解決了單一方法中會遇到的瓶頸, 從而拓展了電磁波隱身技術的實用可能性 。該方法的創新之處在于可以在設計開始前, 設定一定的初始條件, 把寬帶、散射相消概念、各向異性材料、相位非超光速傳播等重要特性納入設計中, 并利用優化算法得到合適的結果. 這樣設計出的隱身衣更加具有目的性和實際性, 從而大大減少了設計和實驗難度 。
【電磁波隱身器件設計新思路: 逆向設計方法】該研究認為, 未來隱身衣的潛在設計過程是從前向設計方法起步, 然后通過逆向設計方法來進行優化, 最終獲得可行的設計方案, 在隱身器件實驗設計中具有重要的價值 。