电磁时间反转成像理论及其应用

"时间反转成像理论是电磁波领域的先进成像技术，该理论基于麦克斯韦方程的时间对称性，旨在实现电磁波的反向传播，从而达到精确聚焦的目的。在时间反转成像中，电磁波经过一个特殊设计的装置（时间反转镜或相位共轭镜）后，能够按照原路返回，理论上可以将信号能量精确地重新聚焦到其初始发射点，这对于提高成像质量和增强信号强度具有重要意义。" 本文是 IEEE Transactions on Antennas and Propagation 期刊2010年10月刊的一篇文章，由 JuliendeRosny、Geoffroy Lerosey 和 Mathias Fink 这三位 IEEE 成员共同撰写。他们深入探讨了单色时间反转镜（TRM）的理论，这是电磁波时间反转成像的基础。他们从麦克斯韦方程的时间对称性出发，推导出类似于洛伦兹互易定理的微分表达式，并将时间反转镜的辐射条件用六维格林函数来表示。 为了预测天线阵列上的时间反转聚焦效果，作者们发展了一种涉及阻抗矩阵的公式化方法。他们发现天线之间的耦合会显著改变聚焦点的特性，特别是在某些情况下，甚至可能在二维阵列上实现亚波长级别的聚焦，这在传统的成像技术中是难以实现的。 关键词包括：天线阵列、衍射、微波、相位共轭镜、等离子体、亚波长聚焦、时间反转、时间对称性。 文章的第一部分引言介绍了时间反转镜的基本概念，它是一种能够产生与原始信号相反时间过程的设备。这一技术不仅在通信、雷达系统和无损检测中有潜在应用，还在光学、声学等领域引起了广泛的研究兴趣。通过时间反转技术，可以克服环境干扰，提高信号的定向性和穿透能力。 时间反转成像理论提供了一种独特的电磁波操控手段，通过精确控制波的传播路径和聚焦点，有可能实现高精度的成像和信号强化。然而，实际应用中，如天线阵列的结构、材料选择以及环境因素等都会对成像效果产生影响，因此需要深入研究和优化。