超表面逆向設計作為當前光學和光電子領域的前沿技術，正受到全球科研人員和工程師的廣泛關注。超表面逆向設計不僅能夠實現傳統光學元件的功能，還能夠探索全新的光學現象和應用，如超緊湊的光學系統、高效率的光學濾波器、以及能夠動態調控光場的超表面器件。耦合模理論（CoupledMode Theory, CMT）在超表面設計中的應用非常廣泛，它主要用于分析和設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象。據調查，目前在 Nature 和 Science 雜志上發表的超表面逆向設計方面的論文主要集中以下幾個方面：

1. 新型光學功能的實現：研究如何通過逆向設計實現具有新穎光學功能（如負折射、光學隱身、超分辨率成像等）的超表面。

2. 高效率能量轉換：探索超表面在太陽能電池、光電探測器等能量轉換設備中的應用，以提高能量轉換效率。

3. 動態可調諧超表面：開發能夠動態調整其光學特性的超表面，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尤為重要。

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

6. 拓撲光學和新型光子晶體：探索基于超表面的拓撲光學結構，以及新型光子晶體的設計和應用。

具體安排內容

1.超表面概述

1.1.超表面基礎和應用

1.2.超表面逆向設計概述

2.基于 CST 電磁仿真軟件基礎

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.運行新建工程

3.2.建立仿真模型

3.3.設置運行條件

3.4.查看并處理仿真結果

4.具體案例操作 2：太赫茲吸波器的建模與仿真分析

4.1.運行新建工程

4.2.建立仿真模型

4.3.設置運行條件

4.4.查看并處理仿真結果

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

5.3 超表面耦合模方程和透射譜等參數計算

6.基于超表面實現電磁感應透明（EIT）

6.1 超表面電磁感應透明理論分析

6.2 太赫茲超表面電磁感應透明仿真模擬和分析

案例分析 1：基于超表面實現電磁感應透明（EIT）論文復現和講解

公眾號：科研實踐課堂

7.基于超表面實現連續譜中束縛態（BIC）

7.1 連續譜中束縛態理論分析

7.2 連續譜中束縛態仿真模擬和分析

案例分析 2：基于超表面實現連續譜中束縛態（BIC）論文復現和講解

公眾號：科研實踐課堂

8.基于耦合模理論的超表面逆向設計

8.1 基于耦合模理論逆向設計連續譜中束縛態吸波器

8.1.1 理論基礎和分析

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計連續譜中束縛態吸波器論文復現和分析

公眾號：科研實踐課堂

8.2 基于耦合模理論逆向設計連續譜中束縛態高Q器件

第三部分

8.2.1 理論基礎和分析

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計連續譜中束縛態高Q器件論文復現和分析

公眾號：科研實踐課堂

9.太赫茲超表面透射譜實驗理論講解

9.1 太赫茲波發射源

9.2 太赫茲遠場時域系統第四部分

10.FDTD 超表面正向設計基礎入門

10.1 Lumopt 基本介紹

10.2 超表面子單元掃描

10.3 超構透鏡設計與性能測試

11.FDTD 超表面逆向設計基礎入門

公眾號：科研實踐課堂

焦平面

子午面

11.1 FDTD 與 Python 環境配置

11.2 伴隨法與拓撲優化介紹

11.3 梯度下降算法以及遺傳算法介紹

12.FDTD 仿真實例

（一）利用 Python 調用 Lumerical FDTD

（二）在 Python 中編寫 FDTD 仿真文件

（三）逆向設計仿真文件設置

（四）基于拓撲優化的超表面顏色路由器件詳解

（五）利用等值線法導出逆向設計 GDS 文件

公眾號：科研實踐課堂

13.模擬論文復現

（一）基于拓撲優化的超表面偏振分束器設計

----（根據發表在 NANO LETTERS 上的論文）

公眾號：科研實踐課堂

（二）基于拓撲優化的消色差偏轉器設計

----(根據發表在 NANO LETTERS 上的論文)

（三）超表面偏振轉換器件設計

----（根據發表在 Chinese optics letters 上的論文）

公眾號：科研實踐課堂

（四）基于形狀優化的梯度超表面光束偏轉器設計

----（根據發表在 Light&Science Application 上的論文）

公眾號：科研實踐課堂

（五）基于遺傳算法的二維梯度超表面設計

----（根據發表在 Opto-Electronic Science 上的論文）

公眾號：科研實踐課堂

最新時間：2025.6.28

審核編輯 黃宇