[發(fā)明專利]一種獲得超材料折射率分布的方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110396274.3
• 申請(qǐng)日: 2011-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN103134774A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉若鵬;季春霖;岳玉濤;李勇祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳光啟高等理工研究院
• 主分類號(hào): G01N21/41
• 分類號(hào): G01N21/41
• 代理公司: 深圳市威世博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44280
• 代理人: 何青瓦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，特別是涉及一種獲得超材料折射率分布的方法及其裝置。

背景技術(shù)

超材料(metamaterial)是一個(gè)融合了電磁、微波、太赫茲、光子、先進(jìn)工程設(shè)計(jì)、通信等學(xué)科的高度交叉的新興領(lǐng)域。

在研究材料對(duì)其他電磁波比如微波的響應(yīng)的時(shí)候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的作用都可以用材料的整體參數(shù)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ來描述。而在一般情況下，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率又由每個(gè)微結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的響應(yīng)決定。如果通過對(duì)材料中微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使材料具有所需要的任意介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布，這也就是超材料。

材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的分布可以通過材料中各點(diǎn)的折射率n的分布體現(xiàn)出來。現(xiàn)有技術(shù)是通過麥克斯韋爾方程和程函方程得到有關(guān)折射率n的偏微分方程，然后數(shù)值求解得到折射率n的分布，此過程比較繁瑣復(fù)雜?；蛘咄ㄟ^人工重復(fù)進(jìn)行設(shè)置數(shù)值、仿真數(shù)值、調(diào)整數(shù)值、再次仿真數(shù)值直至得到最優(yōu)結(jié)果的方式，，來設(shè)計(jì)超材料，此設(shè)計(jì)過程帶有盲目性，浪費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，并且不一定可以找到所需要的目標(biāo)超材料。

因此，有必要提供一種獲得超材料折射率分布的方法及其裝置，有效的解決上述存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種獲得超材料折射率分布的方法及其裝置，能夠很簡(jiǎn)單地、有目標(biāo)、有針對(duì)性的獲得滿足要求的超材料。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種獲得超材料折射率分布的方法，包括：采用仿真方式使電磁波透過所述超材料；獲取用以描述和衡量所述超材料對(duì)電磁波響應(yīng)的數(shù)據(jù)，包括所述超材料相對(duì)于電磁波傳輸方向的后表面的實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)；獲取實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息；若所述實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息未達(dá)閾值時(shí)，改變所述超材料的折射率分布，并返回采用仿真方式使電磁波透過所述超材料的步驟，并循環(huán)，直至所述實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息達(dá)到閾值。

其中，所述改變超材料的折射率分布的步驟包括：通過n個(gè)點(diǎn)插值的方式來擬合所述超材料的折射率分布，并且通過改變所述n個(gè)點(diǎn)中任何一個(gè)或以上個(gè)點(diǎn)的插值來改變折射率分布。

其中，所述改變n個(gè)點(diǎn)中任何一個(gè)或以上個(gè)點(diǎn)的插值來改變折射率分布的步驟包括：采用交叉熵算法改變所述n個(gè)點(diǎn)中任何一個(gè)或以上個(gè)點(diǎn)的插值來改變折射率分布。

其中，所述獲取實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息的步驟包括：采用評(píng)價(jià)函數(shù)來衡量并獲取實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息。

其中，所述采用評(píng)價(jià)函數(shù)來衡量并獲取實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息的步驟包括：采用評(píng)價(jià)函數(shù)來衡量并獲取實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)兩數(shù)據(jù)曲線夾住的面積。

其中，所述獲取用以描述和衡量超材料對(duì)電磁波響應(yīng)的數(shù)據(jù)的步驟包括：利用matlab軟件和comsol軟件的接口提取出comsol軟件內(nèi)仿真得到的數(shù)據(jù)，以獲取用以描述和衡量所述超材料對(duì)電磁波響應(yīng)的數(shù)據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種獲得超材料折射率分布的裝置，包括：仿真測(cè)試模塊，用于采用仿真方式使電磁波透過所述超材料；數(shù)據(jù)采集模塊，用于獲取用以描述和衡量所述超材料對(duì)電磁波響應(yīng)的數(shù)據(jù)，包括所述超材料相對(duì)于電磁波傳輸方向的后表面的實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)；差距分析模塊，用于獲取實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息；判斷模塊，用于在所述實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息未達(dá)閾值時(shí)，改變所述超材料的折射率分布，并返回仿真測(cè)試模塊的步驟，并循環(huán)，直至所述實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息達(dá)到閾值。

其中，所述判斷模塊具體用于通過n個(gè)點(diǎn)插值的方式來擬合所述超材料的折射率分布，并且通過改變所述n個(gè)點(diǎn)中任何一個(gè)或以上個(gè)點(diǎn)的插值來改變折射率分布。

其中，所述差距分析模塊具體用于采用評(píng)價(jià)函數(shù)來衡量并獲取實(shí)驗(yàn)相位分布數(shù)據(jù)與目標(biāo)相位分布數(shù)據(jù)之間的差距信息。

其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊具體是利用matlab軟件和comsol軟件的接口提取出comsol軟件內(nèi)仿真得到的數(shù)據(jù)，以獲取用以描述和衡量所述超材料對(duì)電磁波響應(yīng)的數(shù)據(jù)。