超表面逆向設(shè)計作為當(dāng)前光學(xué)和光電子領(lǐng)域的前沿技術(shù)，正受到全球科研人員和工程師的廣泛關(guān)注。超表面逆向設(shè)計不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)元件的功能，還能夠探索全新的光學(xué)現(xiàn)象和應(yīng)用，如超緊湊的光學(xué)系統(tǒng)、高效率的光學(xué)濾波器、以及能夠動態(tài)調(diào)控光場的超表面器件。耦合模理論（CoupledMode Theory, CMT）在超表面設(shè)計中的應(yīng)用非常廣泛，它主要用于分析和設(shè)計超表面的電磁行為，尤其是在處理光波與超表面相互作用時的模式耦合現(xiàn)象。據(jù)調(diào)查，目前在 Nature 和 Science 雜志上發(fā)表的超表面逆向設(shè)計方面的論文主要集中以下幾個方面：

1. 新型光學(xué)功能的實(shí)現(xiàn)：研究如何通過逆向設(shè)計實(shí)現(xiàn)具有新穎光學(xué)功能（如負(fù)折射、光學(xué)隱身、超分辨率成像等）的超表面。

2. 高效率能量轉(zhuǎn)換：探索超表面在太陽能電池、光電探測器等能量轉(zhuǎn)換設(shè)備中的應(yīng)用，以提高能量轉(zhuǎn)換效率。

3. 動態(tài)可調(diào)諧超表面：開發(fā)能夠動態(tài)調(diào)整其光學(xué)特性的超表面，例如通過電場、溫度或光場控制。

4. 多波長和多角度操作：設(shè)計能夠在不同波長和不同入射角度下保持高性能的超表面，這對于成像和顯示技術(shù)尤為重要。

5. 量子光學(xué)和光子學(xué)：利用超表面操控量子態(tài)，探索在量子通信量子計算和量子信息處理中的應(yīng)用。

6. 拓?fù)涔鈱W(xué)和新型光子晶體：探索基于超表面的拓?fù)涔鈱W(xué)結(jié)構(gòu)，以及新型光子晶體的設(shè)計和應(yīng)用。

具體安排內(nèi)容

1.超表面概述

1.1.超表面基礎(chǔ)和應(yīng)用

1.2.超表面逆向設(shè)計概述

2.基于 CST 電磁仿真軟件基礎(chǔ)

2.1.CST Microwave Studio 電磁仿真軟件介紹

2.2.CST 電磁仿真軟件使用和基本操作

3.具體案例操作 1：雙頻段帶通濾波器的建模與仿真分析

3.1.運(yùn)行新建工程

3.2.建立仿真模型

3.3.設(shè)置運(yùn)行條件

3.4.查看并處理仿真結(jié)果

4.具體案例操作 2：太赫茲吸波器的建模與仿真分析

4.1.運(yùn)行新建工程

4.2.建立仿真模型

4.3.設(shè)置運(yùn)行條件

4.4.查看并處理仿真結(jié)果

5.超表面的耦合模理論

5.1 耦合模理論簡介

5.2 超表面耦合模理論基本物理參數(shù)

5.3 超表面耦合模方程和透射譜等參數(shù)計算

6.基于超表面實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)透明（EIT）

6.1 超表面電磁感應(yīng)透明理論分析

6.2 太赫茲超表面電磁感應(yīng)透明仿真模擬和分析

案例分析 1：基于超表面實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)透明（EIT）論文復(fù)現(xiàn)和講解

公眾號：科研實(shí)踐課堂

7.基于超表面實(shí)現(xiàn)連續(xù)譜中束縛態(tài)（BIC）

7.1 連續(xù)譜中束縛態(tài)理論分析

7.2 連續(xù)譜中束縛態(tài)仿真模擬和分析

案例分析 2：基于超表面實(shí)現(xiàn)連續(xù)譜中束縛態(tài)（BIC）論文復(fù)現(xiàn)和講解

公眾號：科研實(shí)踐課堂

8.基于耦合模理論的超表面逆向設(shè)計

8.1 基于耦合模理論逆向設(shè)計連續(xù)譜中束縛態(tài)吸波器

8.1.1 理論基礎(chǔ)和分析

8.1.2 仿真模擬和分析

案列分析3：基于耦合模理論逆向設(shè)計連續(xù)譜中束縛態(tài)吸波器論文復(fù)現(xiàn)和分析

公眾號：科研實(shí)踐課堂

8.2 基于耦合模理論逆向設(shè)計連續(xù)譜中束縛態(tài)高Q器件

第三部分

8.2.1 理論基礎(chǔ)和分析

8.2.2 仿真模擬和分析

案例分析4：基于耦合模理論逆向設(shè)計連續(xù)譜中束縛態(tài)高Q器件論文復(fù)現(xiàn)和分析

公眾號：科研實(shí)踐課堂

9.太赫茲超表面透射譜實(shí)驗(yàn)理論講解

9.1 太赫茲波發(fā)射源

9.2 太赫茲遠(yuǎn)場時域系統(tǒng)第四部分

10.FDTD 超表面正向設(shè)計基礎(chǔ)入門

10.1 Lumopt 基本介紹

10.2 超表面子單元掃描

10.3 超構(gòu)透鏡設(shè)計與性能測試

11.FDTD 超表面逆向設(shè)計基礎(chǔ)入門

公眾號：科研實(shí)踐課堂

焦平面

子午面

11.1 FDTD 與 Python 環(huán)境配置

11.2 伴隨法與拓?fù)鋬?yōu)化介紹

11.3 梯度下降算法以及遺傳算法介紹

12.FDTD 仿真實(shí)例

（一）利用 Python 調(diào)用 Lumerical FDTD

（二）在 Python 中編寫 FDTD 仿真文件

（三）逆向設(shè)計仿真文件設(shè)置

（四）基于拓?fù)鋬?yōu)化的超表面顏色路由器件詳解

（五）利用等值線法導(dǎo)出逆向設(shè)計 GDS 文件

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13.模擬論文復(fù)現(xiàn)

（一）基于拓?fù)鋬?yōu)化的超表面偏振分束器設(shè)計

----（根據(jù)發(fā)表在 NANO LETTERS 上的論文）

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（二）基于拓?fù)鋬?yōu)化的消色差偏轉(zhuǎn)器設(shè)計

----(根據(jù)發(fā)表在 NANO LETTERS 上的論文)

（三）超表面偏振轉(zhuǎn)換器件設(shè)計

----（根據(jù)發(fā)表在 Chinese optics letters 上的論文）

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（四）基于形狀優(yōu)化的梯度超表面光束偏轉(zhuǎn)器設(shè)計

----（根據(jù)發(fā)表在 Light&Science Application 上的論文）

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（五）基于遺傳算法的二維梯度超表面設(shè)計

----（根據(jù)發(fā)表在 Opto-Electronic Science 上的論文）

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最新時間：2025.6.28

審核編輯 黃宇