基于时间反演技术的电磁器件端口场与内部场转换方法*

陈传升 王秉中 王任

(电子科技大学应用物理研究所, 成都 611731)

随着电磁器件的集成化, 器件搭载的模块、实现的功能愈发多样.各模块间的耦合难以忽略, 设计难度陡然增加, 传统设计方法逐渐力不从心, 迫切需要寻找一种新的电磁综合设计方法.本文利用时间反演电磁波的时空同步聚焦特性, 探索了将时间反演技术应用于器件设计的可能性.首先, 基于通用的器件逆设计流程, 利用时间反演技术、并矢格林函数及电磁学的基本原理, 提出了将器件端口场分布转换为内部场分布的方法, 并证明由端口期望场的时间反演场在空间某一位置获得的连续等效源的共轭分布可在端口处产生与期望场接近的场分布.且在单点频逆设计过程中, 只需知道端口电场或磁场的切向分量即可完成端口场与内部场的转换.同时, 借助格林函数的互易性对本文所提理论做适当变换后, 进行数值仿真验证, 分析讨论了不同初始信息条件下该方法的适用性.仿真结果与理论相符, 证明了理论的正确性, 为将时间反演技术应用于电磁器件的逆设计提供了可能.

1 引 言

随着器件向多功能、高集成度发展, 各功能模块之间耦合数量的增多导致传统模块设计方法的设计复杂度、设计难度陡然增加.寻找一种非模块化的新型设计方法势在必行, 正因如此逆设计问题在诸多领域都受到了国内外学者的广泛关注[1−3].在纳米光学领域中有学者利……