[发明专利]一种获得超材料折射率分布的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，特别是涉及获得超材料折射率分布的方法和装置。

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材料。

在研究材料对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微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(x，y，z)和磁导率μ(x，y，z)来描述。而在普适情况下作为张量的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的任意介电常数和磁导率分布，这也就是设计超材料的主要过程。

现有的技术是通过麦克斯韦方程组(Maxwell Equation)和程函方程(Eikonal Equation)得到超材料折射率的偏微分方程，然后数值求解得到折射率的分布。或者靠人工不断地试的方法，来设计超材料。这种设计超材料的方法需要消耗大量的人力，超材料的设计效率和精确度不高，大大制约了超材料技术的发展。

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和装置，能够使超材料折射率分布的获得更加高效。

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，包括所述电磁波透过所述超材料后的远场数据；

获取目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距；

判断所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距是否小于第一阈值，若未小于所述第一阈值，采用基于梯度调节的方式改变所述超材料的折射率分布，并返回获取所述超材料对电磁波响应的数据，进行循环，直至所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距小于所述第一阈值；

获取所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距小于所述第一阈值时超材料的折射率分布。

其中，所述采用基于梯度调节的方式改变所述超材料的折射率分布的步骤包括：采用同步扰动随机逼近算法或者牛顿法，根据电磁波对所述超材料不同响应而获取的远场数据得到的评价函数，进而改变所述超材料折射率的分布。

其中，改变所述超材料折射率的分布步骤包括：通过n个点插值的方式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，所述采用基于梯度调节的方式并通过改变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：

选择一个初始的步进长度和所述n点中的一个点，随机选择一个方向移动一个步进长度；

若所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距未小于所述第一阈值且所述差距变大时，则选择相反的方向将所述一个点移动一个步进长度，获取所述超材料对电磁波响应的数据；若所述目标远场数据与获取的远场数据之间的差距未小于所述第一阈值且所述差距变小时，则选择所述初始的步进长度将所述一个点继续朝该相同方向移动一个步进长度，继续循环；其中，若选择相反的方向后所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距仍旧变大，则减少所述步进长度并执行随机选择一个方向移动一个减少的步进长度的步骤继续循环，直至所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距小于所述第一阈值；

其中，若所述减少的步进长度小于第二阈值时，所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距仍未小于所述第一阈值，仍得出所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距小于所述第一阈值的判断；

在所述点的位置改变至所述目标远场数据与获取的远场数据之间的差距小于所述第一阈值后，选择所述n个点中的下一个点重复上述步骤，直到所有n个点移动的步进长度都小于所述第二阈值，使得所有点的所述目标远场数据与获取的所述远场数据之间的差距小于所述第一阈值。

其中，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和comsol的接口提取出comsol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：

仿真模块，采用仿真方式使电磁波透过所述超材料；

数据获取模块，获取用以描述和衡量所述超材料对电磁波响应的数据，包括所述电磁波透过所述超材料后的远场数据；