[发明专利]一种获得超材料折射率分布的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，特别是涉及一种获得超材料折射率分布的方法及其装置。

背景技术

超材料(metamaterial)是一个融合了电磁、微波、太赫兹、光子、先进工程设计、通信等学科的高度交叉的新兴领域。

在研究材料对其他电磁波比如微波的响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的作用都可以用材料的整体参数介电常数ε和磁导率μ来描述。而在一般情况下，介电常数和磁导率又由每个微结构对电磁波的响应决定。如果通过对材料中微结构的设计使材料具有所需要的任意介电常数和磁导率分布，这也就是超材料。

材料的介电常数和磁导率的分布可以通过材料中各点的折射率n的分布体现出来。现有技术是通过麦克斯韦尔方程和程函方程得到有关折射率n的偏微分方程，然后数值求解得到折射率n的分布，此过程比较繁琐复杂。或者通过人工重复进行设置数值、仿真数值、调整数值、再次仿真数值直至得到最优结果的方式，，来设计超材料，此设计过程带有盲目性，浪费大量的人力物力财力，并且不一定可以找到所需要的目标超材料。

因此，有必要提供一种获得超材料折射率分布的方法及其装置，有效的解决上述存在的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种获得超材料折射率分布的方法及其装置，能够很简单地、有目标、有针对性的获得满足要求的超材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种获得超材料折射率分布的方法，包括：采用仿真方式使电磁波透过所述超材料；获取用以描述和衡量所述超材料对电磁波响应的数据，包括所述超材料相对于电磁波传输方向的后表面的实验相位分布数据；获取实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息；若所述实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息未达阈值时，改变所述超材料的折射率分布，并返回采用仿真方式使电磁波透过所述超材料的步骤，并循环，直至所述实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息达到阈值。

其中，所述改变超材料的折射率分布的步骤包括：通过n个点插值的方式来拟合所述超材料的折射率分布，并且通过改变所述n个点中任何一个或以上个点的插值来改变折射率分布。

其中，所述改变n个点中任何一个或以上个点的插值来改变折射率分布的步骤包括：采用交叉熵算法改变所述n个点中任何一个或以上个点的插值来改变折射率分布。

其中，所述获取实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息的步骤包括：采用评价函数来衡量并获取实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息。

其中，所述采用评价函数来衡量并获取实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息的步骤包括：采用评价函数来衡量并获取实验相位分布数据与目标相位分布数据两数据曲线夹住的面积。

其中，所述获取用以描述和衡量超材料对电磁波响应的数据的步骤包括：利用matlab软件和comsol软件的接口提取出comsol软件内仿真得到的数据，以获取用以描述和衡量所述超材料对电磁波响应的数据。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种获得超材料折射率分布的装置，包括：仿真测试模块，用于采用仿真方式使电磁波透过所述超材料；数据采集模块，用于获取用以描述和衡量所述超材料对电磁波响应的数据，包括所述超材料相对于电磁波传输方向的后表面的实验相位分布数据；差距分析模块，用于获取实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息；判断模块，用于在所述实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息未达阈值时，改变所述超材料的折射率分布，并返回仿真测试模块的步骤，并循环，直至所述实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息达到阈值。

其中，所述判断模块具体用于通过n个点插值的方式来拟合所述超材料的折射率分布，并且通过改变所述n个点中任何一个或以上个点的插值来改变折射率分布。

其中，所述差距分析模块具体用于采用评价函数来衡量并获取实验相位分布数据与目标相位分布数据之间的差距信息。

其中，所述数据采集模块具体是利用matlab软件和comsol软件的接口提取出comsol软件内仿真得到的数据，以获取用以描述和衡量所述超材料对电磁波响应的数据。