Dual Metamapping Concentrator: A Unified Geometric Framework for Optical–Acoustic Wave Compression
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1105-ISAV2025 (R3)
نویسندگان
دانشگاه جهرم هیات علمی
چکیده
در این مقاله، یک چارچوب یکپارچه مبتنی بر تبدیل مختصات توسعه داده شده است که امکان تمرکز همزمان امواج الکترومغناطیسی و آکوستیکی را در قالب یک متریک هندسی واحد فراهم میکند. این رویکرد «دوگانهنگاشت فراموادی» با نشان دادن اینکه هر دو سامانه، در صورت اعمال یک نگاشت شعاعی همسانگرد، از یک معادلهی هلمهولتزِ همساختار پیروی میکنند، اپتیک تبدیل (TO) و آکوستیک تبدیل (TA) را بهصورت عام تعمیم میدهد. توابع مقیاسگذاری استخراجشده بهعنوان پارامترهای هندسیِ جهانشمول عمل میکنند که فشردگی فضایی را مستقل از نوع موج کنترل مینمایند.
استنتاجهای تحلیلی، یک تناظر دوگانۀ یکبهیک میان کمیتهای سازندهی تبدیلیافته در الکترومغناطیس (ε,μ) و آکوستیک (ρ,B) برقرار میکنند و بدینترتیب ناوردایی کامل هندسیِ معادلات حاکم حفظ میشود. شبیهسازیهای عددی مبتنی بر نگاشت پلهای–خطی نشان میدهند که فشردگی میدان، افزایش شدت و ناوردایی فاز در هر دو حوزه کاملاً یکسان است و بهرهی پیشبینیشده که بر حسب نسبت شعاع بیرونی به شعاع درونی بیان میشود، بهدست میآید.
بنابراین، نظریۀ پیشنهادی بنیان هندسی مشترکی را برای TO و TA آشکار میسازد و مسیر طراحی متمرکزکنندههای فوتوآکوستیکی، حسگرهای دومُدی و متامتریالهای چندفیزیکی را هموار میکند؛ سامانههایی که در آنها کنترل انرژی نوری و صوتی در چارچوب فضایی واحدی یکپارچه میشود.
استنتاجهای تحلیلی، یک تناظر دوگانۀ یکبهیک میان کمیتهای سازندهی تبدیلیافته در الکترومغناطیس (ε,μ) و آکوستیک (ρ,B) برقرار میکنند و بدینترتیب ناوردایی کامل هندسیِ معادلات حاکم حفظ میشود. شبیهسازیهای عددی مبتنی بر نگاشت پلهای–خطی نشان میدهند که فشردگی میدان، افزایش شدت و ناوردایی فاز در هر دو حوزه کاملاً یکسان است و بهرهی پیشبینیشده که بر حسب نسبت شعاع بیرونی به شعاع درونی بیان میشود، بهدست میآید.
بنابراین، نظریۀ پیشنهادی بنیان هندسی مشترکی را برای TO و TA آشکار میسازد و مسیر طراحی متمرکزکنندههای فوتوآکوستیکی، حسگرهای دومُدی و متامتریالهای چندفیزیکی را هموار میکند؛ سامانههایی که در آنها کنترل انرژی نوری و صوتی در چارچوب فضایی واحدی یکپارچه میشود.
کلیدواژه ها
Title
Dual Metamapping Concentrator: A Unified Geometric Framework for Optical–Acoustic Wave Compression
Authors
mohammad mehdi sadeghi
Abstract
A unified coordinate-transformation framework is developed to concentrate both electromagnetic and acoustic waves within a single geometric metric. This dual metamapping approach generalizes transformation optics (TO) and transformation acoustics (TA) by demonstrating that both systems obey an identical Helmholtz-type equation when subjected to an isotropic radial mapping. The derived scaling functions serve as universal geometric parameters governing spatial compression, independent of wave type. Analytical derivations establish a one-to-one dual correspondence between the transformed constitutive quantities (ε,μ) in electromagnetism and (ρ,B) in acoustics, thereby preserving full geometric invariance of the governing equations. Numerical simulations based on a piecewise-linear mapping verify identical field compression, intensity enhancement, and phase invariance in both domains, achieving the predicted gain expressed through the ratio of outer-to-inner radii. The proposed theory thus reveals a shared geometric foundation for TO and TA, enabling the design of photoacoustic concentrators, dual-mode sensors, and multiphysics metamaterials that unify optical and acoustic energy control within the same spatial framework
Keywords
Dual Metamapping Concentrator: A Unified Geometric Framework for Optical–Acoustic Wave Compression