完美吸收体、电磁“黑洞”以及内置完美匹配层的吸收特性

完美匹配层在电磁学仿真中具有关键作用,它可以用有限空间模拟无限空间,使得电磁波传播至边界和传播至无限远处无异.内置完美匹配层具有类似的概念,一般以柱体或者球体的形式置于物理场内部,能够匹配边界上的电磁场,使得电磁波传播在其凸面上如同传播至无限远处一样,没有任何散射.平面的吸收体除了完美匹配层,还可以通过多种方式实现,如Kramers-Kronig关系、光子晶体、超构材料等.而内置曲面的吸收体常用到的有传统的完美吸收体、电磁“黑洞”等.变换光学一直以来不断激发着研究者浓厚的研究兴趣,因其能够通过坐标变换任意操控电磁波走向,且具有非常广泛的应用,也时常被用作设计吸收体的理论工具.而就本文作者所知,目前还没有非常有效的方式能够实现内置曲面吸收体的完美吸收、无反射,且不依赖于入射角度和频率.本文运用变换光学理论设计了一个内置完美匹配层,该匹配层的材料参数由一个复平面的径向坐标变换得到.通过平面波的电场图及二维远场图直观地一一对比分析匹配或不匹配的完美吸收体、电磁“黑洞”和该内置完美匹配层的吸收特性,发现匹配的完美吸收体吸收效果较好,电磁“黑洞”具有较大散射,而内置完美匹配层具有相对最好的吸收效果,且无后向散射,可作为吸收内核用于电磁仿真以及相关实验中.