KR20150010129A - Invisibility apparatus and method thereof - Google Patents

Invisibility apparatus and method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20150010129A
KR20150010129A KR1020130084678A KR20130084678A KR20150010129A KR 20150010129 A KR20150010129 A KR 20150010129A KR 1020130084678 A KR1020130084678 A KR 1020130084678A KR 20130084678 A KR20130084678 A KR 20130084678A KR 20150010129 A KR20150010129 A KR 20150010129A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
region
transparency
area
refractive index
meta
Prior art date
Application number
KR1020130084678A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102001151B1 (en
Inventor
강은석
안도열
이용윤
Original Assignee
엘지전자 주식회사
서울시립대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020130084678A priority Critical patent/KR102001151B1/en
Publication of KR20150010129A publication Critical patent/KR20150010129A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102001151B1 publication Critical patent/KR102001151B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G12INSTRUMENT DETAILS
    • G12BCONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G12B17/00Screening
    • G12B17/02Screening from electric or magnetic fields, e.g. radio waves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H3/00Camouflage, i.e. means or methods for concealment or disguise
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/36Means for anti-jamming, e.g. ECCM, i.e. electronic counter-counter measures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/38Jamming means, e.g. producing false echoes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Disclosed are a transparent apparatus and a method thereof. According to an embodiment of the present invention, the present invention relates to the transparent apparatus for implementing transparency of a target object within a predetermined first area by using meta material including: a transparent unit which covers the target object within the first area and consists of first meta material; and a correcting unit which is disposed within a predetermined second area and consists of second meta material having a predetermined negative refractive index. The transparent unit is disposed to cover the first area and the second area and has a negative refractive index for implementing transparency of the target object by correcting a positive refractive index of the first area.

Description

투명화 장치 및 그 방법 {Invisibility apparatus and method thereof}[0001] Invisibility apparatus and method [0002]

본 발명은 투명화 장치 및 그 방법에 대한 것으로, 상세하게는 등방성 보상 매질(isotropic complementary medium)을 기초로 하는 타원 원통형 좌표계와 바이폴라 원통형 좌표계에서 모두 사용 가능한 투명화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transparency apparatus and method thereof, and more particularly, to a transparency apparatus usable in an elliptical cylindrical coordinate system and a bipolar cylindrical coordinate system based on an isotropic complementary medium and a method thereof.

메타 물질(Meta-material)에 대한 최근의 연구는 전자기장에 대한 미시적인 제어(microscopic control) 및 거시적 제어(macroscopic control)를 가능하게 하였다[Phys.Rev.Lett. 85, 3966(2000); Science 312, 1777(2006); Science 312, 1780 (2006)]. 메타 물질이란, 일반적인 자연상태에서 갖지 못하는 전자기학적 특성을 인위적인 방법으로 만들어 놓은 것으로서, 메타 물질의 특이한 점은 음의 굴절률을 가지고 있어서, 메타 물질 내에서 빛이 보통 물질에서 휘는 방향과는 반대로 휘게 된다.Recent research on meta-materials has enabled microscopic and macroscopic control of electromagnetic fields [Phys.Rev.Lett. 85, 3966 (2000); Science 312,1777 (2006); Science 312, 1780 (2006)). A metamaterial is an artificial method that can not be obtained in a normal natural state. An unusual point of a metamaterial is that it has a negative refractive index, so that the light in the metamaterial warps in the opposite direction .

이러한 메타 물질을 이용하여, 전자기장의 출처와 무관하게, 전자기장의 방향을 마음대로 조정할 수 있으며 또한 마치 아무런 물체가 없는 것처럼 대상체를 회피하여 가이드하는 것이 제안되었다[Science 312, 1777 (2006); Science 312, 1780 (2006)]. 이것은 강한 자기장 펄스(EMP) 또는 방향성을 갖는 전자기 에너지로부터 방사 실딩(radiation shielding)에 잠재적으로 적용될 수 있다.Using these metamaterials, it was possible to adjust the direction of the electromagnetic field freely irrespective of the source of the electromagnetic field, and to guide the object as if there were no objects [Science 312, 1777 (2006); Science 312, 1780 (2006)). This can potentially be applied to radiation shielding from strong electromagnetic field pulses (EMP) or directional electromagnetic energy.

메타 물질을 이용한 전자기장 제어는 투명화 망토(invisibility cloak), 콘센트레이터(concentrator), 리프랙터(refractor)와 같은 노블 어플리케이션(novel application) 분야에서 큰 관심을 끌고 있다.Electromagnetic field control using metamaterials has attracted great interest in the field of novel applications such as invisibility cloak, concentrator, and refractor.

이 중에서 투명화 망토는 주어진 기하학적인 형상 내부에 물체를 숨기는 것으로, 가장 매력적인 어플리케이션이다. 투명화 망토는 맥스웰 방정식의 좌표 변환(coordinate transformation)과 컨포멀 매핑(conformal mapping)에 기반을 두고 있으며, 이런 투명화 망토는 Pentry[Science 312, 1780 (2006)]와 Leonhardt[Science 312, 1777 (2006)] 각각에 의해 독립적으로 제안되었다.Among them, the transparency cloak is the most attractive application by hiding objects inside a given geometric shape. Transparent cloaks are based on coordinate transformations and conformal mapping of the Maxwell equations. These translucent cloaks are based on Pentry [Science 312, 1780 (2006)] and Leonhardt [Science 312, 1777 (2006) ], Respectively.

이상적이거나 또는 비이상적인 전자기 파라미터들을 사용한 원통형 망토의 전파(full wave) 전자기 시뮬레이션이 연구되고, 마이크로 주파수에서 동작하는 간단한 파라미터들을 가지는 원통형 망토에 대한 실험적 구현이 발표된 바 있다.Full-wave electromagnetic simulations of cylindrical cloaks using ideal or non-ideal electromagnetic parameters have been studied and experimental implementations of cylindrical cloaks with simple parameters operating at microwave frequencies have been published.

투명화 장치를 분석하고 설계하는데 있어서, 투명 쉘을 구성하는 메타 물질에 대한 유전율 텐서와 투과율 텐서를 계산하는 것이 가장 중요하다.In analyzing and designing the transparency device, it is most important to calculate the dielectric constant tensor and the transmittance tensor for the metamaterial constituting the transparent shell.

투명화 장치는 균일한 필드 라인을 가지는 어떤 영역에서 필드 라인이 해당 영역을 피해서 움직이도록 필드 라인을 왜곡시키는 것으로 가정하는데, 이런 왜곡은 오리지널 카테시안 메쉬(Cartesian mesh)와 왜곡 메쉬 간의 좌표 변환으로 간주될 수 있다.The transparency device assumes that the field line will distort the field line so that it will move away from that area in some area having a uniform field line, which is considered to be a coordinate transformation between the original Cartesian mesh and the distortion mesh .

이러한 종래의 투명화 장치에 대한 이론과 실험적 구현은 전자기파의 진행 방향, 편광, 파장 대역에 따라서 큰 영향을 받았다. "Complementary media invisibility cloak that cloaks objects at a distance outside the cloaking shell," Y. Lai, H. Chen, Z. Q. Zhang, and C. Chan, Phys. Rev. Lett. 102, 93901 (2009). (공개일 2009.03.02) 에서는 complementary media 를 이용하여 투명화 장치(invisible cloak)의 효율을 향상하는 기술을 제안하였으나 상기 선행기술은 유한한 주파수(finite frequency)에서 유효함을 스스로 밝히고 있다.The theoretical and experimental implementations of such a conventional translucent device have been greatly influenced by the direction of the electromagnetic wave, the polarization, and the wavelength band. "Complementary media invisibility cloak that cloaks objects at a distance outside the cloaking shell," Y. Lai, H. Chen, Z. Q. Zhang, and C. Chan, Phys. Rev. Lett. 102,93901 (2009). (Publication Date 2009.03.02) proposed a technique for improving the efficiency of an invisible cloak using complementary media, but the prior art herself indicates that the prior art is effective at a finite frequency.

이러한 한계를 극복하고 보다 일반적인 경우에도 적용 가능한 이론으로 확장하고자 하는 시도가 "Calculation of permittivity tensors for invisibility devices by effective medium approach in general relativity", Doyeol Ahn, Journal of Modern Optics, Volume 58, Issue 8, 2011 (공개일 2011.04.01) 및 한국공개특허공보 제10-2013-0047860호 (공개일 2013.05.09)에서 소개되었다.An attempt to overcome these limitations and extend them to applicable theories in a more general case is described in Doyeol Ahn, Journal of Modern Optics, Volume 58, Issue 8, 2011, entitled "Calculation of Permittivity Tensors for Invisibility Devices in General Relativity" (Published on April 21, 2011) and Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0047860 (published on March 20, 2013).

상기 선행기술의 접근 방법은 어느 좌표계에서도 변하지 않는 맥스웰 방정식의 폼을 유지하면서 좌표 변환 또는 옵티컬 컨포멀 매핑 기술에 의하여 얻어지는 팩터들에 의해 유전율 텐서와 투과율 텐서가 조정(scaled)될 수 있다.This prior art approach can be scaled by the factors obtained by coordinate transformation or optical conformal mapping techniques while maintaining the form of the Maxwell's equation that does not change in any coordinate system.

또한, 상대성 이론의 프레임에서 전기 역학(electrodynamics)을 사용하여 투명화 기기에 대한 유전율 텐서(permittivity tensors)와 투과율 텐서(permeability tensors)를 계산하는 방식 또한 연구되었다.In addition, methods of calculating permittivity tensors and permeability tensors for transparency devices using electrodynamics in the framework of the theory of relativity have also been studied.

상기 선행기술의 원론적인 아이디어(principle ideal)는 곡선(curved) 시공간에서 전자기파의 전파는 비균질 유효 쌍이방성 매질(inhomogeneous effective bi-anisotropic medium)에서 파동 이동(wave travelling)으로 나타난다는 사실을 기본으로 하고, 이것의 구성 파라미터들(constitutive parameters)은 시공간 메트릭에 의해 결정된다.The principle ideal of the prior art is based on the fact that the propagation of electromagnetic waves in a curved space-time appears as wave traveling in an inhomogeneous effective bi-anisotropic medium , Its constitutive parameters are determined by space-time metrics.

이는 평평한 시공간 내 매질에서 어떤 곡선 시공간으로의 변환하는 역 문제점을 표현할 수 있고, 투명화 클로킹(invisibility cloaking)에 대한 특정 조건들을 찾을 수 있다.This can express the inverse problem of transforming from a flat space-time medium to a certain curvilinear space-time, and find specific conditions for invisibility cloaking.

또한, 이 접근 방식은 방식은 2차원, 3차원 투명화 장치에 대해 유전율 텐서와 투과율 텐서를 직관적 그리고 직접적으로 획득할 수 있다는 이점이 있으나, 간단한 원통형과 구형을 제외하고는 상세한 계산이 아직 이루어지지 않은 문제점이 있다.This approach also has the advantage of being able to acquire the permittivity tensor and the transmittance tensor intuitively and directly for two- and three-dimensional inviscid devices, but with the exception of simple cylindrical and spherical forms, detailed calculations have not yet been made There is a problem.

그러나, 종래 기술로는 이방성 매질을 사용하여 실제 3차원 공간에서 투명화 망토를 실현하는데 있어서 많은 어려움이 제기된다.However, in the prior art, there are many difficulties in realizing a transparent cloak in an actual three-dimensional space using an anisotropic medium.

한국공개특허공보 제10-2013-0047860호 (공개일 2013.05.09)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0047860 (Publication date 2013.05.09)

"Calculation of permittivity tensors for invisibility devices by effective medium approach in general relativity", Doyeol Ahn, Journal of Modern Optics, Volume 58, Issue 8, 2011 (공개일 2011.04.01)Doyeol Ahn, Journal of Modern Optics, Volume 58, Issue 8, 2011 (Publication date 2011.04.01) "Calculation of permittivity tensors for invisibility devices by effective medium approach in general relativity" "Complementary media invisibility cloak that cloaks objects at a distance outside the cloaking shell," Y. Lai, H. Chen, Z. Q. Zhang, and C. Chan, Phys. Rev. Lett. 102, 93901 (2009). (공개일 2009.03.02)"Complementary media invisibility cloak that cloaks objects at a distance outside the cloaking shell," Y. Lai, H. Chen, Z. Q. Zhang, and C. Chan, Phys. Rev. Lett. 102,93901 (2009). (Public date 2009.03.02)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 등방성 보상 매질을 기초로 타원 원통형 좌표계와 바이폴라 원통형 좌표계에서 모두 사용 가능한 투명화 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inversion apparatus and method that can be used in both an elliptical cylindrical coordinate system and a bipolar cylindrical coordinate system based on an isotropic compensation medium.

본 발명은 보상 매질의 개념을 기본으로, 타원 원통형 좌표계와 바이폴라 원통형 좌표계를 모두 사용하여 등방성(isotropic) 보상 매질과 점 매핑(point-mapped)되고 선분(line-segment) 매핑된 투명화 장치 및 그 방법을 제안한다.The present invention is based on the concept of a compensation medium and is based on a concept of compensating medium, which is a point-mapped and line-segment-mapped transparency apparatus with an isotropic compensation medium using both an elliptic cylindrical coordinate system and a bipolar cylindrical coordinate system, .

구체적으로, 본 발명은 대상 물체가 배치된 영역의 양의 굴절률을 보상하기 위한 음의 굴절률을 가지는 메타 물질을 이용하여 대상 물체에 대한 투명화를 개선시키고, 이를 통해 다양한 좌표계에서 사용 가능한 투명화 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.More specifically, the present invention relates to a transparency apparatus for improving transparency of a target object using a meta-material having a negative refractive index for compensating a positive refractive index of a region in which a target object is disposed, A method is provided.

또한, 본 발명은 임의의 편광 및 임의의 진행 방향을 가지는 전자기파에 대해서 투명화가 가능한 투명화 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a transparency apparatus and method which can make transparency of electromagnetic waves having arbitrary polarization and arbitrary traveling direction.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명화 장치는 메타 물질을 이용하여 기 설정된 제1 영역 내의 대상 물체를 투명화하는 투명화 장치에 있어서, 상기 제1 영역 내의 상기 대상 물체를 둘러싸며, 제1 메타 물질로 이루어지는 투명화 유닛; 및 기 설정된 제2 영역 내에 배치되며, 기 결정된 음의 굴절률을 가지는 제2 메타 물질로 이루어지는 보상 유닛을 포함하고, 상기 투명화 유닛은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싸도록 배치된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a transparency apparatus for transparency of a target object in a predetermined first region using a meta-material, the transparency apparatus comprising: A transparentizing unit surrounded by the first metamaterial; And a compensation unit which is disposed in a predetermined second region and is composed of a second metamaterial having a predetermined negative refractive index, and the transparency unit is arranged to surround the first region and the second region.

상기 음의 굴절률은 상기 제1 영역의 양의 굴절률을 보상하여 상기 대상 물체에 대한 투명화를 위한 음의 굴절률일 수 있다.The negative refractive index may be a negative refractive index for transparency to the object by compensating the positive refractive index of the first region.

상기 보상 유닛은 상기 대상 물체의 영역과 대칭되는 영역에 배치될 수 있고, 상기 제1 영역의 크기와 동일한 크기를 가질 수 있다.The compensation unit may be disposed in an area symmetrical with the area of the object, and may have a size the same as the size of the first area.

상기 제1 메타 물질은 전자기파에 대하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싼 시공간을 왜곡시켜 상기 대상 물체를 투명화하도록 하는 개념에 의하여 설계될 수 있다.The first meta material may be designed by a concept of distorting the space between the first area and the second area with respect to electromagnetic waves so that the object becomes transparent.

상기 제1 메타 물질은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싼 시공간의 왜곡으로 인한 상기 전자기파의 진행경로의 변경을 상기 전자기파에 대한 굴절률에 대응시키는 해석 기법을 적용하여 설계될 수 있다.The first meta material may be designed by applying an analysis technique in which the change of the traveling path of the electromagnetic wave due to the distortion of space-time surrounding the first area and the second area corresponds to the refractive index of the electromagnetic wave.

상기 제1 메타 물질은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 나타내는 바이폴라 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계될 수 있다.The first meta-material may be designed by interpreting Maxwell's equations for the bipolar coordinate system representing the first region and the second region.

상기 제1 메타 물질은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 나타내는 타원 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계될 수 있다.
The first meta-material may be designed by interpreting Maxwell's equations for an elliptical coordinate system representing the first region and the second region.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명화 방법은 메타 물질을 이용하여 기 설정된 제1 영역 내의 대상 물체를 투명화하는 투명화 방법에 있어서, 상기 제1 영역 내의 상기 대상 물체를 둘러싸도록 제1 메타 물질로 이루어지는 투명화 유닛을 배치하는 단계; 및 상기 투명화 유닛 내의 상기 제1 영역에 인접하도록 기 설정된 제2 영역 내에, 기 결정된 음의 굴절률을 가지는 제2 메타 물질로 이루어지는 보상 유닛을 배치하는 단계를 포함한다.A transparency method according to an embodiment of the present invention is a transparency method for transparency of a target object within a predetermined first region using a meta-material, the transparency method comprising: Disposing the unit; And disposing a compensation unit, which is made up of a second metamaterial having a predetermined negative refractive index, in a second region predetermined to be adjacent to the first region in the transparency unit.

본 발명에 따르면, 음의 굴절률을 가지는 메타 물질을 이용하여 대상 물체가 배치되는 영역의 양의 굴절률을 보상함으로써, 대상 물체에 대한 투명화를 개선시키고, 등방성 보상 매질을 기초로 하여 타원 원통형 좌표계와 바이폴라 원통형 좌표계 등 다양한 좌표계에서 투명화를 개선시킬 수 있다.According to the present invention, by using a meta material having a negative refractive index to compensate a positive refractive index of a region in which a target object is disposed, transparency of the target object is improved, and an elliptical cylindrical coordinate system and a bipolar It is possible to improve transparency in various coordinate systems such as a cylindrical coordinate system.

또한, 본 발명에 따르면, 대상 물체가 배치되는 영역의 양의 굴절률을 보상하기 위한 음의 굴절률을 가지는 보상 메타 물질을 이용함으로써, 특정 방향이 아닌 임의의 방향의 편광에 대해서도 투명화가 가능한 장점이 있다.Further, according to the present invention, by using a compensating meta-material having a negative refractive index for compensating the positive refractive index of a region in which a target object is disposed, it is advantageous that polarization can be made transparent in any direction other than a specific direction .

도 1은 일반 상대성 이론에 기초한 시공간 메타 물질 해석 방법에 기초한 투명 망토에 대한 예를 나타낸 것이다.
도 2는 타원 원통형 투명 망토와 바이폴라 원통형 투명 망토의 구성 파라미터들에 대한 공간 분포를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타원 원통형 투명화 장치(a)와 바이폴라 원통형 투명화 장치(b)에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 보상 매질이 가로로 위치한 경우의 점에 매핑된 본 발명의 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 보상 매질이 세로로 위치한 경우의 점에 매핑된 본 발명의 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 보상 매질이 가로로 위치한 경우의 선분에 매핑된 본 발명의 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 보상 매질이 세로로 위치한 경우의 선분에 매핑된 본 발명의 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 내부에 놓여진 사각형 물체를 세로로 배치된 보상 매질을 이용하여 투명화 시키는 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 σ축에 매핑된 본 발명의 바이폴라 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 내부에 놓여진 사각형 물체를 세로로 배치된 보상 매질을 이용하여 투명화 시키는 바이폴라 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.
FIG. 1 shows an example of a transparent cloak based on a method for analyzing a space-time meta-material based on general relativity.
Figure 2 shows the spatial distribution of the configuration parameters of the elliptical cylindrical transparent cape and the bipolar cylindrical transparent cape.
3 shows a configuration of an elliptical cylindrical transparentizing apparatus (a) and a bipolar cylindrical transparentizing apparatus (b) according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the cloaking results for the elliptical cylindrical transparency apparatus of the present invention mapped to a point where the compensation medium is transversely positioned.
Figure 5 shows the results of cloaking for the elliptical cylindrical transparency apparatus of the present invention mapped to points when the compensation medium is vertically positioned.
Figure 6 shows the cloaking results for the elliptical cylindrical transparency apparatus of the present invention mapped to a line segment when the compensation medium is horizontally positioned.
Figure 7 shows the cloaking results for the elliptical cylindrical transparency apparatus of the present invention mapped to a line segment when the compensation medium is vertically positioned.
FIG. 8 shows the results of cloaking for an elliptical cylindrical transparency apparatus for making a quadrangular object placed inside thereof transparent by using a vertically arranged compensation medium.
FIG. 9 shows the results of cloaking for the bipolar cylindrical transparentizing apparatus of the present invention mapped to the? -Axis.
FIG. 10 shows the results of cloaking for a bipolar cylindrical transparentizing apparatus in which a rectangular object placed inside is made transparent using a vertically arranged compensation medium.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명화 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a transparentizing apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 10.

본 명세서에서는 메타 물질을 다음과 같이 정의하고자 한다. 메타 물질이란 인위적으로 유전율, 투자율의 텐서(tensor)를 제어 또는 설계할 수 있는 물질의 의미로 사용되거나, 그 제어 또는 설계의 결과로 얻어지는 물질의 의미로 사용된다.In this specification, a meta material is defined as follows. A metamaterial is used to mean a material that can artificially control or design the tensor of permittivity and permeability, or to be used as a material obtained as a result of its control or design.

투명화 장치는 유한한 곡률(curvature)을 갖고 있는 시공간(space-time)에서 맥스웰 방정식을 정립하면 시공간의 곡률이 전기장과 자기장에 대해 마치 유전율(permittivity)과 투과율(permeability)처럼 작용한다는 이론적 논거에 기초한다.When the Maxwell equations are formulated in a space-time with a finite curvature, the transparency device is based on the theoretical argument that the curvature of space-time acts as permittivity and permeability for electric and magnetic fields. do.

구체적으로 기술하면, 일반 상대성 이론에서 공변(covariant) 맥스웰 방정식은 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Specifically, the covariant Maxwell equation in the general relativity theory can be expressed by the following Equation (1).

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 아래첨자의 ";"는 공변 도함수(covariant derivative)를 의미하고, ε0는 자유 공간에서의 유전율을 의미하고, μ,ν,λ는 임의의 4차원 좌표계에서 4차원 좌표 공간의 각 성분(component)을 나타낸다.Where ε 0 is the permittivity in free space, μ, ν, and λ represent the permittivity of each component in the 4-dimensional coordinate space component.

g는 메트릭 텐서(gμν)의 결정자(determinant)를 의미하고, J는 전류 밀도(current density)를 의미하고, Fμν는 전자기장 텐서(electromagnetic field tensor)를 의미한다.g denotes a determinant of a metric tensor g ., J denotes a current density, and F 占 를 denotes an electromagnetic field tensor.

상기 수학식 1은 선행기술인 한국공개특허공보 제10-2013-0047860호 (공개일 2013.05.09) 및 "Calculation of permittivity tensors for invisibility devices by effective medium approach in general relativity", Doyeol Ahn, Journal of Modern Optics, Volume 58, Issue 8, 2011 (공개일 2011.04.01)에서 그 도출되는 과정을 소개하고 있다. The above equation (1) can be expressed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0047860 (published on May 31, 2013) and "Calculation of permittivity tensors for invisibility devices by effective medium approach in general relativity", Doyeol Ahn, Journal of Modern Optics , Volume 58, Issue 8, 2011 (Published on April 21, 2011).

또한 이하에서 도출되는 다수의 수학식에 대한 유도 과정도 상기 선행기술에 소개되어 있다. 따라서 본 명세서에서는 본 발명에서 채택하고 있는 주요한 내용을 중심으로 본 발명의 요지를 흐리지 않는 범위에서 간략히 설명하기로 한다.Also, a derivation process for a plurality of equations derived from the following is also introduced in the prior art. Therefore, the present invention will be described in detail in the context of the present invention, without departing from the scope of the present invention.

이 때, 전자기장 텐서는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 전자기장 텐서는 일반 상대성 이론에서 0차원(시간)과 공간의 3개 차원에 대한 행렬의 형태로 기술된다.
At this time, the electromagnetic field tensor can be expressed by the following equation (2). Electromagnetic tensors are described in the form of matrices for three dimensions of zero dimension (time) and space in general relativity theory.

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, E는 전기장을 의미하고, x, y, z는 방향을 의미하고, B는 전기 선속(electric flux)을 의미한다.Here, E means electric field, x, y, z means direction, and B means electric flux.

그리고, 반변 텐서(contra-variant tensor) Hμν는 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있고, 수학식 3은 아래 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
The contra-variant tensor H? V can be expressed by the following Equation 3, and Equation 3 can be defined as Equation 4 below.

<수학식 3>&Quot; (3) &quot;

Figure pat00004

Figure pat00004

<수학식 4>&Quot; (4) &quot;

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, H는 자기장(magnetic field)를 의미하고, D는 자기 선속(magnetic flux)를 의미한다.Here, H denotes a magnetic field and D denotes a magnetic flux.

상술한 수학식들을 정리하면 아래 수학식 5, 수학식 6과 같은 관계식을 얻을 수 있다.
If the above-described equations are summarized, the following equations (5) and (6) can be obtained.

<수학식 5>&Quot; (5) &quot;

Figure pat00006

Figure pat00006

<수학식 6>&Quot; (6) &quot;

Figure pat00007

Figure pat00007

여기서, [ijk]은 반대칭 퍼뮤테이션 심볼(anti-symmetric permutation symbol)로서, [xyz]=1로 정의되고, μ0는 자유 공간에서의 투과율을 의미하고, gab는 반변 메트릭 텐서의 (a, b) 성분을 의미하고, gcd는 공변 메트릭 텐서의 (c, d) 성분을 의미한다.Here, [ijk] is an anti-symmetric permutation symbols (anti-symmetric permutation symbol), as defined in [xyz] = 1, μ 0 denotes the permeability of free space, and g ab is the banbyeon metric tensor (a , b) component, and g cd means (c, d) component of the covariance matrix tensor.

상술한 수학식을 통해 알 수 있듯이, 유한한 곡률 반경을 갖는 진공에서의 맥스웰 방정식은 유한한 유전율과 투과율을 갖는 매질에서의 맥스웰 방정식으로 해석할 수 있음을 알 수 있다.
As can be seen from the above equation, it can be seen that the Maxwell's equation in a vacuum having a finite radius of curvature can be interpreted as a Maxwell's equation in a medium having a finite permittivity and transmittance.

도 1은 일반 상대성 이론에 기초한 시공간 메타 물질 해석 방법에 기초한 투명 망토에 대한 예를 나타낸 것으로, 물리적 공간(physical space)에서 가운데 빈 공간은 주어진 물체를 숨기기 위한 공간을 의미한다.FIG. 1 shows an example of a transparent cloak based on a method of analysis of space-time meta-materials based on general relativity. In the physical space, the middle empty space means a space for hiding a given object.

그리고, 가상 공간(virtual space)은 물리적 공간의 빈 공간을 중앙이 점으로 변환시킨 공간을 의미한다. 이러한 관계를 이용하면 실제 투명 클로킹(invisibility cloaking)을 구현할 물리적 공간과 가상 공간, 이 두 개의 시공간 사이의 좌표 변환을 이용하여 투명 망토의 직관적인 그림(picture)을 만들어 낼 수 있다. 이 두 공간 사이의 좌표 변환은 시공간의 메트릭 텐서(gμν)로 기술할 수 있으며 물리적인 공간의 곡선 좌표(curvilinear coordinates)를 표시하는 메트릭 텐서를

Figure pat00008
' ij로 정의하면 두 공간 사이의 변환식은 아래 수학식 7로 주어지며 메타 물질로 구현할 물리적 공간의 유전율 텐서(εij)와 투과율 텐서(μij)는 아래 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
The virtual space means a space in which an empty space of the physical space is converted into a central point. Using this relationship, we can create an intuitive picture of transparent cloak using coordinate transformations between the physical space and the virtual space to realize the actual invisibility cloaking, and between the two space-time. The coordinate transformation between these two spaces can be described by a space time metric tensor ( gμν ), and a metric tensor representing the curvilinear coordinates of the physical space
Figure pat00008
' ij , the transformation between two spaces is given by Equation (7), and the permittivity tensor (ε ij ) and the permeability tensor (μ ij ) of the physical space to be implemented by the meta-material can be expressed by Equation (8) below.

<수학식 7>&Quot; (7) &quot;

Figure pat00009

Figure pat00009

<수학식 8>&Quot; (8) &quot;

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서,

Figure pat00011
Figure pat00012
ij를 의미하고,
Figure pat00013
kk는 1/
Figure pat00014
kk를 의미한다.
here,
Figure pat00011
The
Figure pat00012
ij means,
Figure pat00013
kk is 1 /
Figure pat00014
respectively .

하지만, 이와 같은 방법으로 구현되는 투명 망토는 전자파가 특정한 방향으로 편광 되었을 때 투명화의 효율이 극대화되는 단점을 가지고 있다.However, the transparent cape implemented in this way has a disadvantage that the efficiency of transparency is maximized when the electromagnetic wave is polarized in a specific direction.

따라서, 본 발명은 이러한 단점을 극복하고 임의의 편광에 대해서도 투명화가 가능한 장치 및 방법에 대한 것이다.
Thus, the present invention is directed to an apparatus and method that overcomes this disadvantage and is transparent to any polarization.

본 발명은 본 발명의 발명자에 의해 이미 공개된 논문들[J. Mod. Opt. 58, 700-710 (2011), Journal of the Korean Physical Society 60, 1349-1360 (2012), JOSA B 30, 140-148 (2013)]에 대한 내용을 사용하고, 대상 물체를 0 < u < U1의 영역 내에 숨기며, 투명화 장치가 U1 < u < U2 내에 메타 물질 쉘을 포함한다고 가정한다.The present invention is based on papers already published by the inventors of the present invention [J. Mod. Opt. (2011), Journal of the Korean Physical Society 60, 1349-1360 (2012), JOSA B 30, 140-148 (2013)], and the target object is 0 <u <U 1 , and the transparency device hides in the region U 1 < u < U 2 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; meta-material &lt; / RTI &gt;

빈 곡선 시공간에 대한 프라임된 좌표계(primed coordinate)를 사용하면, 물리적 매질은 아래 수학식 9와 같이 정의될 수 있다. 이 때 사용된 좌표계는 바이폴라 좌표계(Bipolar coordinate)와 같은 일반화된 원통형 좌표계(generalized cylindrical coordinate)이다.
Using the primed coordinate for the empty curve time space, the physical medium can be defined as: &lt; EMI ID = 9.0 &gt; The coordinate system used here is a generalized cylindrical coordinate system such as a bipolar coordinate system.

<수학식 9>&Quot; (9) &quot;

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서, U1과 U2는 메타 물질로 이루어진 영역의 미리 결정된 값을 의미하고, u'은 가상 공간에서의 거리를 의미하고, u는 물리적 공간에서의 거리를 의미하고, ν'은 가상 공간에서의 일반화된 각도 또는 거리를 의미하고, ν는 물리적 공간에서의 일반화된 각도 또는 거리를 의미하고, z와 z'은 물리적 공간과 가상 공간에서의 z 방향의 거리(높이)를 의미한다.Here, U 1 and U 2 are predetermined values of a region made of a meta-material, u 'means a distance in a virtual space, u means a distance in a physical space, and v' Refers to the generalized angle or distance of the physical space, v denotes the generalized angle or distance in physical space, and z and z 'denote the distance (height) in physical space and z direction in virtual space.

또한, 일반 상대성 이론에서 유효 매질 접근 방식(effective medium approach)으로부터 아래 수학식 10과 같은 타원 원통형 투명화 장치 또는 투명 망토에 대한 구성 파라미터들을 획득할 수 있다.
Also, in general relativity theory, it is possible to obtain the configuration parameters for an elliptical cylindrical transparency device or a transparent clay as shown in Equation (10) from an effective medium approach.

<수학식 10>&Quot; (10) &quot;

Figure pat00016

Figure pat00016

여기서, diag( )는 대각선 행렬(diagonal matrix)를 의미하고, εi j와 μi j는 타원 원통형 좌표계에서의 유전율 텐서와 투과율 텐서를 의미한다.Where diag () denotes a diagonal matrix, and ε i j and μ i j denote the permittivity tensor and the permeability tensor in the elliptic cylindrical coordinate system.

도 2a와 도 2b는 타원 원통형 투명 망토의 상기 구성 파라미터들에 대한 공간 분포를 나타낸 것으로, 도 2a는 εu u와 εv v가 각각 0.17과 5.8을 가지는 상수값이고, 반 중심 거리(semi-focal distance)가 0.001[m](a=0.001m)이며, K1과 K2가 각각 0.1, 0.3인 타원의 주요 축의 반신(half-length)을 가지는 타원 원통형 망토(elliptic cylindrical cloak)의 εz z 에 대한 공간 분포를 나타낸 것이고, 도 2b는 εu u와 εv v가 각각 0.75와 1.3을 가지는 타원 원통형 망토의 εu z 에 대한 공간 분포를 나타낸 것이다. 2a and 2b show the spatial distribution of the constituent parameters of the elliptic cylindrical transparent cloak, wherein Fig. 2a is a constant value with 竜u u and 竜v v of 0.17 and 5.8, respectively, and the semi- ε z of an elliptic cylindrical cloak with a focal distance of 0.001 [m] (a = 0.001 m) and a half-length of the major axis of the ellipse with K 1 and K 2 of 0.1 and 0.3, respectively z and Fig. 2b shows the spatial distribution of ε u z of elliptic cylindrical clay with ε u u and ε v v of 0.75 and 1.3, respectively.

여기서, 반신과 반 중심 거리는 원통에서 얼마나 벗어나는 지의 정도를 의미하며, Ki와 Ui의 관계는 아래 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Here, the half-center distance and the half-center distance mean the degree of deviation from the cylinder, and the relation between K i and U i can be expressed by Equation (11) below.

<수학식 11>Equation (11)

Figure pat00017
Figure pat00017

바이폴라 원통형 망토(bipolar cylindrical cloak)의 경우, 숨기기 위한 대상 물체가 속하는 영역을 바이폴라 좌표계(bipolar cylindrical coordinate)를 이용하여 나타낼 수 있다. 바이폴라 좌표계는 σ, τ를 변수로 기술되며, σ, τ에 대한 설명은 아래에서 다시 설명한다.In the case of a bipolar cylindrical cloak, the area of the object to be hidden can be represented using a bipolar cylindrical coordinate system. The bipolar coordinate system is described by σ and τ as variables, and the description of σ and τ is described below.

이때, 숨기기 위한 대상 물체는 σ1 < σ < 2π-σ1에 배치되고, 투명화 장치가 {σ2 ≤ σ ≤ σ1 } ∪ {2π-σ1 ≤ σ ≤ 2π-σ2} 영역에 있다. 여기서, σ 는 물리적 공간에서의 각도 또는 일반화된 거리를 의미하고, σ1과 σ2는 물리적 공간에서 미리 결정된 각도 또는 일반화된 거리를 의미한다.At this time, the object to be hidden is placed in σ 1 <σ <2π-σ 1 , and the transparency apparatus is in the region {σ 2 ≦ σ ≦ σ 1 } ∪ {2π-σ 1 ≦ σ ≦ 2π-σ 2 }. Here,? Refers to an angle or a generalized distance in physical space, and? 1 and? 2 mean a predetermined angle or a generalized distance in physical space.

결과적으로, 맵은 아래 수학식 12에 의해 정의될 수 있다.
As a result, the map can be defined by the following equation (12).

<수학식 12>&Quot; (12) &quot;

Figure pat00018
Figure pat00018

여기서, σ'은 가상 공간에서의 각도를 의미하고, σ는 물리적 공간에서의 각도를 의미하고, τ와 τ'는 물리적 공간과 가상 공간에서의 바이폴라 원통형 좌표계의 어느 한 점 P에서 각도 σ, σ'에 대한 거리(d1,d2)의 비를 의미하는 것으로, 이에 대한 것은 이 기술 분야에 종사하는 당업자라면 바이폴라 좌표계에 대한 정보(https :// en . wikipedia . org / wiki / Bipolar _ coordinates 등의 정보 참고)와 도 1의 가상 공간과 물리적 공간 사이의 관계를 통해 용이하게 이해할 수 있다.Here, σ 'denotes an angle in virtual space, σ denotes an angle in physical space, and τ and τ' denote angles σ and σ 'at a point P in the bipolar cylindrical coordinate system in physical space and virtual space to mean the ratio of the distance (d 1, d 2) of the ', this is for information about the person of ordinary skill in the art bipolar coordinate system to engage in the art (https:.. // en wikipedia org / wiki / bipolar _ coordinates Etc.) and the relationship between the virtual space and the physical space in Fig. 1 can be easily understood.

따라서, 바이폴라 원통형 투명화 장치 또는 투명 망토에 대한 구성 파라미터들은 아래 수학식 13과 같이 획득될 수 있다.
Thus, the configuration parameters for the bipolar cylindrical transparency device or transparent cloak can be obtained as: &lt; EMI ID = 13.0 &gt;

<수학식 13>&Quot; (13) &quot;

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서,εi j와 μi j는 바이폴라 원통형 좌표계에서의 유전율 텐서와 투과율 텐서를 의미한다.
Where ε i j and μ i j are the permittivity tensor and the permeability tensor in a bipolar cylindrical coordinate system.

도 2c는 바이폴라 원통형 투명 망토의 구성 파라미터들에 대한 공간 분포를 나타낸 것으로,εσ σ와 ετ τ가 각각 0.5와 2.0을 가지는 상수값이고, 반 중심 거리(a)가 0.3[m]이며, σ1과 σ2가 각각 0.75π, 0.5π를 가지는 바이폴라 원통형 망토의 εz z 에 대한 공간 분포를 나타낸 것이고, 도 2b는 εu u 와 εv v 가 각각 0.75와 1.3을 가지는 상수값이고, 반 중심 거리(a)가 K1과 K2가 각각 0.1, 0.3을 가지는 타원 원통형 망토의 εz z 에 대한 공간 분포를 나타낸 것이다. Fig. 2c shows the spatial distribution of the constituent parameters of the bipolar cylindrical transparent cloaca, where ε σ σ and ε τ τ are constant values of 0.5 and 2.0, respectively, and the half-center distance a is 0.3 [m] will have σ 1 and σ 2 shows the spatial distribution of the ε z z of the bipolar cylindrical mantle having respective 0.75π, 0.5π, and Figure 2b is a constant value ε and ε u u v v is having a 0.75 and 1.3, respectively, The half-center distance (a) shows the spatial distribution of ε z z of elliptic cylindrical clay with K 1 and K 2 of 0.1 and 0.3, respectively.

본 발명의 투명화 장치를 설계하는데 있어서의 가장 중요한 점은 타원 원통형 망토에서의 0 < u < U1과 바이폴라 원통형 망토에서의 σ1 < σ < 2π-σ1에 해당하는 완전 도체(PEC; perfectly electric conductor) 영역이 보상 매질(complementary media)에 의해 대체될 수 있다는 것이다.The most important point in designing the transparency apparatus of the present invention is that a perfect conductor (PEC) corresponding to 0 <u <U 1 in the elliptic cylindrical cape and σ 1 <σ <2π-σ 1 in the bipolar cylindrical cape conductor region can be replaced by complementary media.

보상 물질로 대체될 수 있는 보상 영역은 대칭 축에 따라 두 개의 대칭 영역으로 구분될 수 있으며, 대칭되는 두 영역 중 한 영역은 대기(air)로 채워지고, 다른 한 영역은 유전율과 투과율 모두가 -1인 등방성 보상 매질(isotropic complementary medium)로 채워질 수 있다. The compensating region, which can be replaced by the compensating material, can be divided into two symmetrical regions along the symmetry axis, one of the two symmetrical regions being filled with air, and the other region having both permittivity and transmittance - 1 &lt; / RTI &gt; isotropic complementary medium.

이 때, 등방성 보상 매질은 폴딩 변환(folding transformation)의 광학 상쇄(optical cancellation)에 따라 유전율과 투과율 모두가 -1을 가질 수 있다[Appl. Phys. A 108, 1001-1005 (2012)].At this time, the isotropic compensation medium can have a both a permittivity and a transmittance of -1 according to the optical cancellation of the folding transformation (Appl. Phys. A 108,1001-1005 (2012)).

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 영역 내에 배치된 대상 물체를 투명화 하기 위하여 제1 메타 물질로 이루어진 투명화 유닛(cloaking shell)과, 제1 영역 내부의 제2 영역에 배치되고 미리 결정된 음의 굴절률 예를 들어, 유전율과 투과율이 모두 -1인 음의 굴절률을 가지는 제2 메타 물질로 이루어진 보상 유닛(-1, -1)으로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the present invention provides a cloaking apparatus comprising: a cloaking shell made of a first metamaterial for transparentizing an object disposed in a first region; a cloaking shell disposed in a second region inside the first region, And a compensation unit (-1, -1) composed of a second meta material having a negative refractive index, for example, a permittivity and a transmittance both being -1.

즉, 본 발명은 도 3a에 도시된 타원 원통형 투명화 장치와 도 3b에 도시된 바이폴라 원통형 투명화 장치에서 알 수 있듯이, 대상 물체를 숨기기 위한 영역 내의 양의 굴절률(1, 1)을 보상하기 위하여 양의 굴절률을 가지는 영역과 대칭되는 영역에 음의 굴절률(-1, -1)을 가지는 보상 매질을 배치시킴으로써, 투명화를 개선시킬 수 있고, 보상 매질의 구성 파라미터들을 추론할 수 있다.That is, as can be seen from the elliptical cylindrical transparentizing apparatus shown in FIG. 3A and the bipolar cylindrical transparentizing apparatus shown in FIG. 3B, the positive refractive index (1, 1) By arranging a compensation medium having a negative refractive index (-1, -1) in a region symmetrical with the region having a refractive index, transparency can be improved and the configuration parameters of the compensation medium can be deduced.

도 3에서 보상 유닛을 구성하는 보상 매질의 음의 굴절률은 제1 영역의 양의 굴절률을 보상하여 대상 물체에 대한 투명화를 위한 음의 굴절률일 수 있으며, 보상 유닛은 대상 물체의 영역과 대칭되는 영역에 배치될 수 있다.3, the negative refractive index of the compensating medium constituting the compensating unit may be a negative refractive index for transparency to the object by compensating the positive refractive index of the first region, and the compensating unit may be a region symmetric with the region of the object, As shown in FIG.

또한, 보상 유닛은 대상 물체의 크기와 동일한 크기를 가지도록 배치될 수 있다. 물론, 보상 유닛은 숨기고자 하는 대상 물체의 크기와 관계없이 제1 영역 내에 형성되는 양의 굴절률 영역에 대응되는 크기만을 고려하여 배치되는 영역과 그 크기가 결정될 수 있다. 즉, 보상 유닛의 크기는 양의 굴절률 영역의 크기에 대응되고, 그 배치되는 영역은 양의 굴절률이 형성되는 영역에 대칭되는 영역일 수 있다. Further, the compensation unit may be arranged to have the same size as the size of the object. Of course, regardless of the size of the object to be hidden, the compensation unit may determine the size and the area of the compensation unit in consideration of only the size corresponding to the positive refractive index area formed in the first area. That is, the size of the compensation unit corresponds to the size of the positive refractive index area, and the area to be arranged may be a region that is symmetrical to the area where the positive refractive index is formed.

그리고, 투명화 유닛을 구성하는 제1 메타 물질은 전자기파에 대하여 제1 영역 및 제2 영역을 둘러싼 시공간을 왜곡시켜 대상 물체를 투명화하도록 설계될 수 있으며, 제1 메타 물질은 제1 영역 및 제2 영역을 둘러싼 시공간의 왜곡으로 인한 전자기파의 진행경로의 변경을 전자기파에 대한 굴절률에 대응시키는 해석 기법을 적용하여 설계될 수 있다.The first meta material constituting the transparency unit may be designed so as to make the object transparent by distorting the space between the first area and the second area with respect to the electromagnetic wave. The first meta material may include a first area and a second area It can be designed by applying an analysis technique in which the change of the propagation path of the electromagnetic wave due to the distortion of space and time surrounding the wave is related to the refractive index of the electromagnetic wave.

또한, 제1 메타 물질은 제1 영역 및 제2 영역을 나타내는 바이폴라 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계될 수도 있고, 제1 영역 및 제2 영역을 나타내는 타원 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계될 수도 있다.
The first meta-material may be designed by analyzing a Maxwell equation for a bipolar coordinate system representing a first region and a second region, and may be designed by interpreting Maxwell's equations for an elliptical coordinate system representing a first region and a second region It is possible.

이하, 본 발명에 대한 수치적인 결과에 대해 설명하며, 보상 매질을 가지는 타원 원통형 투명화 장치 및 바이폴라 원통형 투명화 장치에 대해 설명한다.
Hereinafter, numerical results of the present invention will be described, and an elliptical cylindrical transparentizing apparatus and a bipolar cylindrical transparentizing apparatus having a compensation medium will be described.

1) 보상 매질을 가지는 타원 원통형 투명화 장치(elliptic cylindrical cloak with complementary media)1) elliptic cylindrical cloak with complementary media with compensation media

동작 주파수가 2GHz(f = 2 GHz)이고, 파장이 15cm(λ=15 cm)인 TE(transverse electric)와 TM(transverse magnetic) 편광 평면파 모두를 이용하여 2차원 타원 원통형 투명화 장치에 대해 조명한다.A two-dimensional elliptic cylindrical transparentizer is illuminated using both transverse electric (TE) (transverse electric) and polarized (TM) polarized plane waves with an operating frequency of 2 GHz (f = 2 GHz) and a wavelength of 15 cm

여기서는, Δx = Δy = λ/300인 FDTD(finite-difference time-domain) 셀 크기를 사용하고, 시간 개별화 스텝(temporal discretization step)은 Δt = Δx / 2c0 (= 833.91 fsec)로 설정된 쿠란트 안정 조건(Courant stability condition)을 따른다. 시간 개별화 스텝은 본 발명의 기술 분야에 종사하는 당업자라면 논문 검색 등을 통해 용이하게 확인할 수 있으며, 예를 들어, IEEE Press, 2000에 개재된 "Electromagnetic simulation using the FDTD method"를 통해서도 확인할 수 있다.In this case, a finite-difference time-domain (FDTD) cell size of? X =? Y =? / 300 is used and a temporal discretization step is used to set the clamp stability, which is set to? T =? X / 2c 0 (= 833.91 fsec) (Courant stability condition). The time identification step can be easily confirmed by a person skilled in the art who is skilled in the art by means of thesis search or the like and can be confirmed through, for example, "Electromagnetic simulation using the FDTD method"

이 때, c0는 진공에서 빛의 속도를 의미한다.In this case, c 0 means the speed of light in vacuum.

첫 번째로, 보상 매질의 각 점에 매핑된 투명화 장치를 입증하고, FDTD 방법을 이용하여 타원 원통형 좌표계에서 투명화 장치를 계산한다.First, the transparency device mapped to each point of the compensation medium is verified and the transparency device is calculated in the elliptic cylindrical coordinate system using the FDTD method.

그리고, 투명화 장치를 점에 매핑시키기 위하여, 내부 타원 K1이 0.1m의 주요 축의 반신 파라미터와, 외부 타원 K2가 0.3m의 주요 축의 반신 파라미터 그리고 반 중심 거리(a)가 0.001m인 파라미터를 사용한다.In order to map the inviscid apparatus to a point, the half-sine parameter of the main axis of the inner ellipse K 1 is 0.1 m, the half-sine parameter of the main axis of the outer ellipse K 2 of 0.3 m and the parameter of the half-center distance (a) use.

보상 매질의 점에 매핑된 투명화 장치는 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 아주 우수한 클로킹 결과를 보여준다.The transparency device mapped to the points of the compensation medium shows very good cloaking results as shown in FIGS. 4 and 5.

도 4와 도 5는 점에 매핑된 본 발명의 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것으로, 보상 매질이 가로로 위치한 경우(도 4)와 보상 매질이 세로로 위치한 경우(도 5)에 대한 것이다.Figures 4 and 5 illustrate the cloning results for the point-mapped elliptical cylindrical vitrification apparatus of the present invention with respect to the case where the compensation medium is horizontally positioned (Figure 4) and the compensation medium is positioned vertically (Figure 5) will be.

도 4a와 도 5a는 TE 모드에 대해서 포지티브(positive) x 방향을 따라 전파된 전기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이고, 도 4b와 도 5b는 TE 모드에 대해서 포지티브(positive) y 방향을 따라 전파된 전기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이며, 도 4c와 도 5c는 TM 모드에 대해서 포지티브(positive) x 방향을 따라 전파된 자기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이고, 도 4d와 도 5d는 TM 모드에 대해서 포지티브(positive) y 방향을 따라 전파된 자기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것으로, 도 4와 도 5를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 투명화 장치는 TE 모드와 TM 모드에 대해서, 클로킹 결과가 우수한 것을 알 수 있다.Figures 4a and 5a show all z components for the electric field distribution propagated along the positive x direction for the TE mode and Figures 4b and 5b show all z components for the electric field distribution propagated along the positive y direction for the TE mode, 4c and 5c show all z components for the magnetic field distribution propagated along the positive x direction for the TM mode and Figures 4d and 5d show all the z components for the TM As shown in FIGS. 4 and 5, the transparency apparatus according to the present invention can be applied to the TE mode and the TM mode, It can be seen that the cloaking results are excellent.

두 번째로, 투명화 장치를 다르게 배치된 보상 매질을 가지는 선분과 매핑하고, 내부 타원 K1이 0.1m의 주요 축의 반신 파라미터와, 외부 타원 K2가 0.3m의 주요 축의 반신 파라미터 그리고 반 중심 거리가 0.09m인 파라미터를 사용한다. 즉, 투명화 장치를 점으로 매핑시킬 때 사용된 파라미터들 중 반 중심 거리만이 길어진 것이다. 이는 투명화 장치의 내부 공간이 선분으로 줄어(shrink)드는 것을 의미한다.
Secondly, mapping the transparency device with line segments with differently disposed compensation media and mapping the half-sine parameter of the major axis of the inner ellipse K 1 to 0.1 m and the half-sine parameter and half-center distance of the major axis of the outer ellipse K 2 of 0.3 m 0.09m is used. That is, only the half-center distance of the parameters used when mapping the transparency apparatus to points is long. This means that the inner space of the transparency device shrinks to a line segment.

외부로부터 전자기파(electro-magnetic waves)가 선분으로 인가되는데, 내부 공간이 완전 도체(PEC)로 채워져 있다면 PEC 선분이 되고, 내부 공간이 보상 매질로 채워져 있다면 보상 선분이 된다. 이런 이유로, 클로킹 성능은 매우 달라진다. PEC로 채워진 타원 원통형 투명화 장치는 TM 파가 포지티브 x 방향에 따라 전파되는 경우에만 좋은 클로킹 성능을 보여주었다[Journal of the Korean Physical Society 60, 1349-1360 (2012)].Electro-magnetic waves from the outside are applied as line segments. If the inner space is filled with a perfect conductor (PEC), it becomes a PEC line segment. If the inner space is filled with the compensating medium, it becomes a compensation line segment. For this reason, the clocking performance is very different. PEC-filled elliptical cylindrical transparency device showed good cloaking performance only when the TM wave propagates along the positive x direction [Journal of the Korean Physical Society 60, 1349-1360 (2012)].

반면, 본 발명에서는 단일 점에 매핑된 투명화 장치에 대비하여 선분에 매핑된 투명화 장치의 클로킹 성능에 대한 보상 매질의 배치를 비교하는 것이 중요하다.
In contrast, in the present invention, it is important to compare the arrangement of the compensation media with respect to the clocking performance of the transparency apparatus mapped to a line segment in contrast to the transparency unit mapped to a single point.

도 6과 도 7은 선분에 매핑된 본 발명의 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것으로, 보상 매질이 가로로 위치한 경우(도 6)와 보상 매질이 세로로 위치한 경우(도 7)에 대한 것이다.FIGS. 6 and 7 show the results of cloaking for the elliptical cylindrical transparency apparatus of the present invention mapped to a line segment, with respect to the case where the compensation medium is horizontally positioned (FIG. 6) and the compensation medium is located vertically (FIG. 7) will be.

도 6a와 도 7a는 TE 모드에 대해서 포지티브 x 방향을 따라 전파된 전기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이고, 도 6b와 도 7b는 TE 모드에 대해서 포지티브 y 방향을 따라 전파된 전기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이며, 도 6c와 도 7c는 TM 모드에 대해서 포지티브 x 방향을 따라 전파된 자기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이고, 도 6d와 도 7d는 TM 모드에 대해서 포지티브 y 방향을 따라 전파된 자기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이다.Figures 6a and 7a show all z components for the electric field distribution propagated along the positive x direction for the TE mode and Figures 6b and 7b show all z components for the electric field distribution propagated along the positive y direction for the TE mode, 6C and 7C show all z components for the magnetic field distribution propagated along the positive x direction for the TM mode and FIGS. 6D and 7D show the propagation along the positive y direction for the TM mode Lt; RTI ID = 0.0 &gt; z-component &lt; / RTI &gt;

도 6과 도7을 통해 알 수 있듯이, 노멀한 물질과 보상 매질이 가로로 배치되거나 세로로 배치되는 경우에 대해 전자기장이 선분과 어떻게 마주치는 지를 용이하게 파악할 수 있다.As can be seen from FIGS. 6 and 7, it can be easily grasped how the electromagnetic field encounters the line segment when the normal material and the compensation medium are arranged horizontally or vertically.

하지만, 도 6과 도 7에서 약간의 차이가 발생하는 것을 알 수 있으며, 도 6의 경우 즉, 노멀한 물질과 보상 매질이 가로 배열을 가지는 투명화 장치의 경우에는 입사 파(incident wave)가 노멀 물질 또는 보상 매질의 선분에 입사되면 입사파가 물체에서 굴절되거나 흩어지는 반면, 도 7의 경우 즉, 노멀한 물질과 보상 매질이 세로 배열을 가지는 투명화 장치의 경우에는 입사 파가 노멀 물질 또는 보상 매질의 선분에 입사되면 보상 매질에 의하여 노멀 물질에 의한 행위(behavior)가 보상되는 것을 알 수 있다.
However, it can be seen that a slight difference occurs in FIGS. 6 and 7, and in the case of FIG. 6, that is, in the case of a translucent device in which a normal material and a compensation medium have a transverse arrangement, Or incidence of the incident wave on a segment of the compensation medium, the incident wave is refracted or scattered in the object, whereas in the case of FIG. 7, that is, in the case of a translating apparatus in which the normal material and the compensation medium have a vertical arrangement, It can be seen that the behavior due to the normal material is compensated by the compensation medium when the line segment is incident.

상술한 바와 같이, 타원 원통형 투명화 장치는 보상 매질이 세로로 배치된 모든 경우에서 클로킹 성능이 우수한 것을 알 수 있다.
As described above, it can be seen that the elliptical cylindrical transparentizing apparatus has excellent cloaking performance in all cases in which the compensation medium is arranged vertically.

도 8은 내부에 놓여진 사각형 물체를 세로로 배치된 보상 매질을 이용하여 투명화 시키는 타원 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것으로, 사각형 물체(폭 0.1m, 높이 0.025m)의 유전율과 투과도 모두가 2이고, 보상 매질의 유전율과 투과도 모두가 -2인 경우에 대한 것이다.8 shows the results of cloaking for an elliptical cylindrical transparency apparatus for making a quadrangular object placed in the interior transparent using a vertically arranged compensation medium, wherein both the permittivity and the transmittance of the quadrangular object (width 0.1 m, height 0.025 m) And the case where both the permittivity and the permeability of the compensation medium are -2.

도 8에 도시된 클로킹 결과를 통해 알 수 있듯이, 사각형 물체가 내부 자유 공간 영역에 배치된 경우라도 TE 파와 TM 파에 대한 x, y 방향 모두에 대해 우수한 클로킹 성능을 보여주는 것을 알 수 있다.
As can be seen from the cloaking results shown in FIG. 8, even when the quadrangular object is disposed in the inner free space region, it can be seen that the cloaking performance is excellent in both the x and y directions with respect to the TE wave and the TM wave.

2) 보상 매질을 가지는 바이폴라 원통형 투명화 장치(bipolar cylindrical cloak with complementary media)2) Bipolar cylindrical cloak with complementary media with compensation media

동작 주파수가 2GHz(f = 2 GHz)이고, 파장이 15cm(λ=15 cm)인 TE(transverse electric)와 TM(transverse magnetic) 편광 평면파 모두를 이용하여 2차원 타원 원통형 투명화 장치에 대해 조명한다.A two-dimensional elliptic cylindrical transparentizer is illuminated using both transverse electric (TE) (transverse electric) and polarized (TM) polarized plane waves with an operating frequency of 2 GHz (f = 2 GHz) and a wavelength of 15 cm

여기서는, Δx = Δy = λ/300인 FDTD(finite-difference time-domain) 셀 크기를 사용하고, 시간 개별화 스텝(temporal discretization step)은 Δt = Δx / 2c0(= 833.91 fsec)로 설정된 쿠란트 안정 조건(Courant stability condition)을 따른다.In this case, a finite-difference time-domain (FDTD) cell size of? X =? Y =? / 300 is used and a temporal discretization step is used to set the clamp stability, which is set to? T =? X / 2c 0 (= 833.91 fsec) (Courant stability condition).

σ축에 매핑된 무손실 투명화 장치를 위하여, 내부 타원 σ1은 0.75π, 외부 타원 σ2 는 0.5π, 반 중심 거리(a)는 0.3m로 설정하고, 보상 매질은 σ1 과 2π-σ1 사이의 영역 내부에 세로로 배치되는 것으로 가정한다.For the lossless transparency device mapped to the σ axis, the inner ellipse σ 1 is set to 0.75π, the outer ellipse σ 2 is set to 0.5π, the half-center distance (a) to 0.3m, and the compensation medium is set to σ 1 and 2π-σ 1 As shown in Fig.

본 발명에 따른 투명화 장치 즉, 바이폴라 원통형 투명화 장치는 선분에 매핑되고, 그 길이는 0.6m로, 이는 투명화 장치의 내부 공간이 선분으로 줄어(shrink)드는 것을 의미한다.The transparency apparatus according to the present invention, that is, the bipolar cylindrical transparency apparatus, is mapped to a line segment and its length is 0.6 m, which means that the inner space of the transparency apparatus shrinks to a line segment.

외부로부터 전자기파(electro-magnetic waves)가 선분으로 인가되는데, 내부 공간이 완전 도체(PEC)로 채워져 있다면 PEC 선분이 되고, 내부 공간이 보상 매질로 채워져 있다면 보상 선분이 된다. 이런 이유로, 클로킹 성능은 매우 달라진다. PEC로 채워진 바이폴라 원통형 투명화 장치는 TM 파가 포지티브 x 방향에 따라 전파되는 경우에만 좋은 클로킹 성능을 보여주었다[JOSA B 30, 140-148 (2013)].Electro-magnetic waves from the outside are applied as line segments. If the inner space is filled with a perfect conductor (PEC), it becomes a PEC line segment. If the inner space is filled with the compensating medium, it becomes a compensation line segment. For this reason, the clocking performance is very different. The PEC filled bipolar cylindrical translucent device showed good clocking performance only when the TM wave propagated along the positive x direction [JOSA B 30, 140-148 (2013)].

반면, 본 발명에서는 단일 점에 매핑된 투명화 장치에 대비하여 선분에 매핑된 투명환 장치의 클로킹 성능에 대한 보상 매질의 배치를 비교하는 것이 중요하다.
In contrast, in the present invention, it is important to compare the arrangement of the compensation medium with respect to the clocking performance of the transparent ring device mapped to the line segment in contrast to the single point mapped transparency device.

도 9는 σ축에 매핑된 본 발명의 바이폴라 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것이다.FIG. 9 shows the results of cloaking for the bipolar cylindrical transparentizing apparatus of the present invention mapped to the? -Axis.

도 9a는 TE 모드에 대해서 포지티브 x 방향을 따라 전파된 전기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이고, 도 9b는 TE 모드에 대해서 포지티브 y 방향을 따라 전파된 전기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이며, 도 9c는 TM 모드에 대해서 포지티브 x 방향을 따라 전파된 자기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이고, 도 9d는 TM 모드에 대해서 포지티브 y 방향을 따라 전파된 자기장 분포에 대한 모든 z 컴포넌트를 나타낸 것이다.Figure 9a shows all z components for the electric field distribution propagated along the positive x direction for the TE mode and Figure 9b shows all z components for the electric field distribution propagated along the positive y direction for the TE mode, Figure 9c shows all z components for the magnetic field distribution propagated along the positive x direction for the TM mode and Figure 9d shows all z components for the magnetic field distribution propagated along the positive y direction for the TM mode.

도 9를 통해 알 수 있듯이, 노멀한 물질과 보상 매질이 세로로 배치된 바이폴라 원통형 투명화 장치는 도 7에 도시된 타원 원통형 투명화 장치와 같은 좋은 클로킹 성능을 보여주는 것을 알 수 있다.
As can be seen from FIG. 9, it can be seen that the bipolar cylindrical vitrification apparatus in which the normal material and the compensation medium are arranged vertically shows the same good cloaking performance as the elliptic cylindrical vitrification apparatus shown in FIG.

도 10은 내부에 놓여진 사각형 물체를 세로로 배치된 보상 매질을 이용하여 투명화 시키는 바이폴라 원통형 투명화 장치에 대한 클로킹 결과를 나타낸 것으로, 사각형 물체(폭 0.05m, 높이 0.05m)의 유전율과 투과도 모두가 2이고, 보상 매질의 유전율과 투과도 모두가 -2인 경우에 대한 것이다.FIG. 10 shows the result of cloaking for a bipolar cylindrical transparentizing apparatus in which a quadrangular object placed inside is made transparent by using a vertically arranged compensation medium. When the dielectric constant and transmittance of a quadrangular object (width 0.05 m, height 0.05 m) And the case where both the permittivity and the permeability of the compensation medium are -2.

도 10에 도시된 클로킹 결과를 통해 알 수 있듯이, 사각형 물체가 내부 자유 공간 영역에 배치된 경우라도 TE 파와 TM 파에 대한 x, y 방향 모두에 대해 우수한 클로킹 성능을 보여주는 것을 알 수 있다.
As can be seen from the cloaking results shown in FIG. 10, even when the quadrangular object is disposed in the inner free space region, it can be seen that the cloaking performance is excellent in both the x and y directions with respect to the TE wave and the TM wave.

이와 같이, 본 발명에 따른 투명화 장치는 숨기고자 하는 대상 물체를 포함하는 제1 영역에 형성되는 메타 물질과 제1 영역 내부의 자유 공간에서의 양의 굴절률을 보상하는 음의 굴절률을 가지는 보상 매질을 양의 굴절률이 형성되는 영역에 대칭되게 배치시킴으로써, 투명화를 개선시킬 수 있고, TE 파, TM 파 뿐만 아니라 입사 파 등 다양한 형태의 편광에 대하여 투명화 성능을 향상시킬 수 있다.
As described above, the transparentizing apparatus according to the present invention includes a meta material formed in a first region including an object to be hidden, and a compensation medium having a negative refractive index for compensating a positive refractive index in a free space inside the first region By arranging them symmetrically with respect to the region where the positive refractive index is formed, transparency can be improved and transparency performance can be improved for various types of polarized light such as TE wave and TM wave as well as incident wave.

또한, 본 발명은 투명화 방법으로 적용할 수도 있다.Further, the present invention can be applied as a transparency method.

즉, 본 발명에 따른 투명화 방법은 대상 물체를 숨기기 위한 제1 영역을 둘러싸도록 제1 메타 물질로 이루어지는 투명화 유닛을 배치하고, 투명화 유닛 내의 제1 영역에 인접하도록 기 설정된 제2 영역 내에, 기 결정된 음의 굴절률을 가지는 제2 메타 물질로 이루어지는 보상 유닛을 배치한다.That is, in the transparency method according to the present invention, a transparency unit made of a first meta material is disposed so as to surround a first area for hiding a target object, and in a predetermined second area adjacent to the first area in the transparency unit, A compensation unit comprising a second metamaterial having a negative refractive index is disposed.

이 때, 투명화 유닛은 도 3에 도시된 cloaking shell에 해당하고, 보상 유닛은 음의 굴절률 (-1, -1)을 가지는 영역에 해당할 수 있다.In this case, the transparency unit corresponds to the cloaking shell shown in FIG. 3, and the compensation unit may correspond to a region having a negative refractive index (-1, -1).

또한, 보상 유닛을 구성하는 보상 매질의 음의 굴절률은 제1 영역의 양의 굴절률을 보상하여 대상 물체에 대한 투명화를 위한 음의 굴절률일 수 있으며, 보상 유닛은 대상 물체의 영역과 대칭되는 영역에 배치될 수 있다.Further, the negative refractive index of the compensation medium constituting the compensation unit may be a negative refractive index for transparency to the object by compensating the positive refractive index of the first region, and the compensation unit may be a region that is symmetric with the region of the object .

또한, 보상 유닛은 대상 물체의 크기와 동일한 크기를 가지도록 배치될 수 있다. 물론, 보상 유닛은 제1 영역 내에 형성되는 양의 굴절률 영역에 대응되는 크기를 가질 수 있으며, 그 배치되는 영역은 양의 굴절률이 형성되는 영역에 대칭되는 영역일 수 있다.Further, the compensation unit may be arranged to have the same size as the size of the object. Of course, the compensation unit may have a size corresponding to the positive refractive index area formed in the first area, and the area to be arranged may be a region symmetrical to the area where positive refractive index is formed.

그리고, 투명화 유닛을 구성하는 제1 메타 물질은 전자기파에 대하여 제1 영역 및 제2 영역을 둘러싼 시공간을 왜곡시켜 대상 물체를 투명화하도록 설계될 수 있으며, 제1 메타 물질은 제1 영역 및 제2 영역을 둘러싼 시공간의 왜곡으로 인한 전자기파의 진행경로의 변경을 전자기파에 대한 굴절률에 대응시키는 해석 기법을 적용하여 설계될 수 있다.The first meta material constituting the transparency unit may be designed so as to make the object transparent by distorting the space between the first area and the second area with respect to the electromagnetic wave. The first meta material may include a first area and a second area It can be designed by applying an analysis technique in which the change of the propagation path of the electromagnetic wave due to the distortion of space and time surrounding the wave is related to the refractive index of the electromagnetic wave.

또한, 제1 메타 물질은 제1 영역 및 제2 영역을 나타내는 바이폴라 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계될 수도 있고, 제1 영역 및 제2 영역을 나타내는 타원 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계될 수도 있다.
The first meta-material may be designed by analyzing a Maxwell equation for a bipolar coordinate system representing a first region and a second region, and may be designed by interpreting Maxwell's equations for an elliptical coordinate system representing a first region and a second region It is possible.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (16)

메타 물질을 이용하여 기 설정된 제1 영역 내의 대상 물체를 투명화하는 투명화 장치에 있어서,
상기 제1 영역 내의 상기 대상 물체를 둘러싸며, 제1 메타 물질로 이루어지는 투명화 유닛; 및
기 설정된 제2 영역 내에 배치되며, 기 결정된 음의 굴절률을 가지는 제2 메타 물질로 이루어지는 보상 유닛을 포함하고,
상기 투명화 유닛은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싸도록 배치되는 투명화 장치.
A transparency apparatus for transparency of a target object within a predetermined first region using a meta-material,
A transparency unit surrounding the object in the first area and made of a first meta material; And
And a compensation unit which is disposed in a predetermined second region and is composed of a second metamaterial having a predetermined negative refractive index,
And the transparency unit is disposed so as to surround the first region and the second region.
제1항에 있어서,
상기 음의 굴절률은,
상기 제1 영역의 양의 굴절률을 보상하여 상기 대상 물체에 대한 투명화를 위한 음의 굴절률인 것을 특징으로 하는 투명화 장치.
The method according to claim 1,
The negative refractive index,
Wherein the second region is a negative refractive index for compensating the positive refractive index of the first region to make the object transparent.
제1항에 있어서,
상기 보상 유닛은,
상기 대상 물체의 영역과 대칭되는 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 투명화 장치.
The method according to claim 1,
The compensation unit comprising:
Wherein the transparent display device is disposed in an area symmetrical with the area of the object.
제3항에 있어서,
상기 보상 유닛은,
상기 제1 영역의 크기와 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 투명화 장치.
The method of claim 3,
The compensation unit comprising:
Wherein the first region has a size equal to the size of the first region.
제1항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
전자기파에 대하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싼 시공간을 왜곡시켜 상기 대상 물체를 투명화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 장치.
The method according to claim 1,
The first meta-
Is designed to make the object transparent by distorting space-time surrounding the first area and the second area with respect to electromagnetic waves.
제5항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싼 시공간의 왜곡으로 인한 상기 전자기파의 진행경로의 변경을 상기 전자기파에 대한 굴절률에 대응시키는 해석 기법을 적용하여 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 장치.
6. The method of claim 5,
The first meta-
Wherein the analyzing technique is designed to apply a change in the propagation path of the electromagnetic wave due to the distortion of the space between the first region and the second region to a refractive index for the electromagnetic wave.
제1항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 나타내는 바이폴라 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 장치.
The method according to claim 1,
The first meta-
And the Maxwell's equations for the bipolar coordinate system representing the first region and the second region are analyzed.
제1항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 나타내는 타원 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 장치.
The method according to claim 1,
The first meta-
Wherein the first and second regions are designed by interpreting a Maxwell equation for an elliptical coordinate system representing the first region and the second region.
메타 물질을 이용하여 기 설정된 제1 영역 내의 대상 물체를 투명화하는 투명화 방법에 있어서,
상기 제1 영역 내의 상기 대상 물체를 둘러싸도록 제1 메타 물질로 이루어지는 투명화 유닛을 배치하는 단계; 및
상기 투명화 유닛 내의 상기 제1 영역에 인접하도록 기 설정된 제2 영역 내에, 기 결정된 음의 굴절률을 가지는 제2 메타 물질로 이루어지는 보상 유닛을 배치하는 단계를 포함하는 투명화 방법.
A transparency method for transparency of a target object in a predetermined first region using a meta-material,
Disposing a transparency unit made of a first meta material so as to surround the object in the first area; And
Disposing a compensation unit comprising a second metamaterial having a predetermined negative refractive index in a second region predetermined to be adjacent to the first region in the transparency unit.
제9항에 있어서,
상기 음의 굴절률은,
상기 제1 영역의 양의 굴절률을 보상하여 상기 대상 물체에 대한 투명화를 위한 음의 굴절률인 것을 특징으로 하는 투명화 방법.
10. The method of claim 9,
The negative refractive index,
Wherein the first region is a negative refractive index for compensating for a positive refractive index of the first region and is transparent for the object.
제9항에 있어서,
상기 보상 유닛을 배치하는 단계는,
상기 보상 유닛을 상기 대상 물체의 영역과 대칭되는 영역에 배치하는 것을 특징으로 하는 투명화 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step of arranging the compensation unit comprises:
Wherein the compensation unit is arranged in an area symmetrical to the area of the object.
제11항에 있어서,
상기 보상 유닛을 배치하는 단계는,
상기 제1 영역의 크기와 동일한 크기를 가지는 상기 보상 유닛을 배치하는 것을 특징으로 하는 투명화 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the step of arranging the compensation unit comprises:
Wherein the compensation unit has a size equal to the size of the first area.
제9항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
전자기파에 대하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싼 시공간을 왜곡시켜 상기 대상 물체를 투명화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 방법.
10. The method of claim 9,
The first meta-
Wherein the object is designed to be transparent by distorting space-time surrounding the first region and the second region with respect to electromagnetic waves.
제13항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 둘러싼 시공간의 왜곡으로 인한 상기 전자기파의 진행경로의 변경을 상기 전자기파에 대한 굴절률에 대응시키는 해석 기법을 적용하여 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 방법.
14. The method of claim 13,
The first meta-
Wherein the analysis is designed by applying an analysis technique in which the change of the traveling path of the electromagnetic wave due to the distortion of space-time surrounding the first area and the second area is made to correspond to the refractive index for the electromagnetic wave.
제9항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 나타내는 바이폴라 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 방법.
10. The method of claim 9,
The first meta-
Wherein the first and second regions are designed by interpreting a Maxwell equation for a bipolar coordinate system representing the first region and the second region.
제9항에 있어서,
상기 제1 메타 물질은,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 나타내는 타원 좌표계에 대한 맥스웰 방정식을 해석하여 설계되는 것을 특징으로 하는 투명화 방법.
10. The method of claim 9,
The first meta-
And expressing the Maxwell's equations for the elliptical coordinate system representing the first region and the second region.
KR1020130084678A 2013-07-18 2013-07-18 Invisibility apparatus and method thereof KR102001151B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130084678A KR102001151B1 (en) 2013-07-18 2013-07-18 Invisibility apparatus and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130084678A KR102001151B1 (en) 2013-07-18 2013-07-18 Invisibility apparatus and method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150010129A true KR20150010129A (en) 2015-01-28
KR102001151B1 KR102001151B1 (en) 2019-07-17

Family

ID=52482022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130084678A KR102001151B1 (en) 2013-07-18 2013-07-18 Invisibility apparatus and method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102001151B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019132552A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Seoul National University R&Db Foundation Hydrodynamic cloaking metamaterial and designing method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008023517A (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Imperial Innovations Ltd Electromagnetic cloaking method
KR20110027543A (en) * 2009-09-09 2011-03-16 연세대학교 산학협력단 Active phase correction method using the negative index meta materials, exposure imaging device and system using the same and method to improve resolution of exposure imaging device using the negative index meta materials
KR20130047860A (en) 2011-11-01 2013-05-09 서울시립대학교 산학협력단 Invisiblization method
US8488247B2 (en) * 2008-10-06 2013-07-16 Purdue Research Foundation System, method and apparatus for modifying the visibility properties of an object

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008023517A (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Imperial Innovations Ltd Electromagnetic cloaking method
US8488247B2 (en) * 2008-10-06 2013-07-16 Purdue Research Foundation System, method and apparatus for modifying the visibility properties of an object
KR20110027543A (en) * 2009-09-09 2011-03-16 연세대학교 산학협력단 Active phase correction method using the negative index meta materials, exposure imaging device and system using the same and method to improve resolution of exposure imaging device using the negative index meta materials
KR20130047860A (en) 2011-11-01 2013-05-09 서울시립대학교 산학협력단 Invisiblization method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Calculation of permittivity tensors for invisibility devices by effective medium approach in general relativity", Doyeol Ahn, Journal of Modern Optics, Volume 58, Issue 8, 2011 (공개일 2011.04.01)
"Complementary media invisibility cloak that cloaks objects at a distance outside the cloaking shell," Y. Lai, H. Chen, Z. Q. Zhang, and C. Chan, Phys. Rev. Lett. 102, 93901 (2009). (공개일 2009.03.02)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019132552A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Seoul National University R&Db Foundation Hydrodynamic cloaking metamaterial and designing method thereof
KR20190080796A (en) * 2017-12-28 2019-07-08 서울대학교산학협력단 Hydrodynamic cloaking metamaterial and designing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR102001151B1 (en) 2019-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tretyakov Metasurfaces for general transformations of electromagnetic fields
Ma et al. An omnidirectional retroreflector based on the transmutation of dielectric singularities
US11493307B2 (en) Apparatus and method for invisibility cloaking apparatus
Kildishev et al. Transformation optics: approaching broadband electromagnetic cloaking
Zhang Electrodynamics of transformation-based invisibility cloaking
Nguyen et al. Metamaterial-based perfect absorber: polarization insensitivity and broadband
Pham et al. Experiments on localized wireless power transmission using a magneto-inductive wave two-dimensional metamaterial cavity
KR101777158B1 (en) Method and Apparatus of Cloaking for Acoustic Waves Using Scatter of Spatial Periodicity
Matlis et al. Electromagnetic wave transmittance control using self-organized plasma lattice metamaterial
Pham et al. Analysis and experiments on Fano interference using a 2D metamaterial cavity for field localized wireless power transfer
US10460713B2 (en) Acoustic wave cloaking method and device considering generalized time dependency
Zhou et al. Perfect invisibility concentrator with simplified material parameters
KR102001151B1 (en) Invisibility apparatus and method thereof
Shi et al. Electromagnetic detection of a perfect carpet cloak
KR20150086943A (en) Method and Apparatus of Cloaking for Acoustic Waves
Nguyen et al. Computational studies of a cut-wire pair and combined metamaterials
Ozgun et al. Transformation‐based metamaterials to eliminate the staircasing error in the finite difference time domain method
Wang et al. All-dielectric frequency selective surface design based on dielectric resonator
Gonzalez et al. Circuital model for the spherical geodesic waveguide perfect drain
Jiao et al. Reciprocity principle-based model for shielding effectiveness prediction of a rectangular cavity with a covered aperture
Elander Mathematical modeling of metamaterials
Zhu et al. Extended explanation of transformation optics for metamaterial-modified wireless power transfer systems
KR101509301B1 (en) Invisiblization Method
KR101973265B1 (en) Method of Calculating Meta Meterial Characteristics for Cloaking for Acoustic Waves
Min‐Hua et al. Design, measurement, and characterization of dual‐band left‐handed metamaterials with combined elements

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant