超表面逆向设计作为当前光学和光电子领域的前沿技术，正受到全球科研人员和工程师的广泛关注。超表面逆向设计不仅能够实现传统光学元件的功能，还能够探索全新的光学现象和应用，如超紧凑的光学系统、高效率的光学滤波器、以及能够动态调控光场的超表面器件。耦合模理论（Coupled Mode Theory, CMT）在超表面设计中的应用非常广泛，它主要用于分析和设计超表面的电磁行为，尤其是在处理光波与超表面相互作用时的模式耦合现象。据调查，目前在Nature和Science杂志上发表的超表面逆向设计方面的论文主要集中以下几个方面：

1. 新型光学功能的实现：研究如何通过逆向设计实现具有新颖光学功能（如负折射、光学隐身、超分辨率成像等）的超表面。

2. 高效率能量转换：探索超表面在太阳能电池、光电探测器等能量转换设备中的应用，以提高能量转换效率。

3. 动态可调谐超表面：开发能够动态调整其光学特性的超表面，例如通过电场、温度或光场控制。

4. 多波长和多角度操作：设计能够在不同波长和不同入射角度下保持高性能的超表面，这对于成像和显示技术尤为重要。

5. 量子光学和光子学：利用超表面操控量子态，探索在量子通信量子计算和量子信息处理中的应用。

6. 拓扑光学和新型光子晶体：探索基于超表面的拓扑光学结构，以及新型光子晶体的设计和应用。

面向电磁学、光学、材料科学、电子工程等领域的研究人员、工程师、研究生和对超表面技术感兴趣的专业人士。通过本课程的学习，参与者将能够掌握超表面设计的关键技术和理论，为未来的职业发展和技术创新打下坚实的基础

 

超表面逆向设计及前沿应用（从基础入门到论文复现）
第 一 部分

1.超表面概述

1.1.超表面基础和应用

1.2.超表面逆向设计概述

2.基于CST电磁仿真软件基础

2.1.CST Microwave Studio电磁仿真软件介绍

2.2.CST电磁仿真软件使用和基本操作

3.具体案例操作1：双频段带通滤波器的建模与仿真分析

3.1.运行新建工程

3.2.建立仿真模型

3.3.设置运行条件

3.4.查看并处理仿真结果

4.具体案例操作2：太赫兹吸波器的建模与仿真分析

4.1.运行新建工程

4.2.建立仿真模型

4.3.设置运行条件

4.4.查看并处理仿真结果

第 二 部分

5.超表面的耦合模理论

5.1 耦合模理论简介

5.2 超表面耦合模理论基本物理参数

5.3 超表面耦合模方程和透射谱等参数计算

6.基于超表面实现电磁感应透明（EIT）

6.1 超表面电磁感应透明理论分析

6.2 太赫兹超表面电磁感应透明仿真模拟和分析

案例分析1：基于超表面实现电磁感应透明（EIT）论文复现和讲解

7.基于超表面实现连续谱中束缚态（BIC）

7.1 连续谱中束缚态理论分析

7.2 连续谱中束缚态仿真模拟和分析

案例分析2：基于超表面实现连续谱中束缚态（BIC）论文复现和讲解

第 三 部分

8.基于耦合模理论的超表面逆向设计

8.1 基于耦合模理论逆向设计连续谱中束缚态吸波器

8.1.1 理论基础和分析

8.1.2 仿真模拟和分析

案列分析3：基于耦合模理论逆向设计连续谱中束缚态吸波器论文复现和分析

8.2 基于耦合模理论逆向设计连续谱中束缚态高Q器件

8.2.1 理论基础和分析

8.2.2 仿真模拟和分析

案例分析4：基于耦合模理论逆向设计连续谱中束缚态高Q器件论文复现和分析

9.太赫兹超表面透射谱实验理论讲解

9.1 太赫兹波发射源

9.2 太赫兹远场时域系统

第四部分

10.FDTD超表面正向设计基础入门

10.1 Lumopt基本介绍

10.2 超表面子单元扫描

10.3 超构透镜设计与性能测试

11.FDTD超表面逆向设计基础入门 焦平面 子午面

11.1 FDTD与Python环境配置

11.2 伴随法与拓扑优化介绍

11.3 梯度下降算法以及遗传算法介绍

第五部分

12.FDTD仿真实例

（一）利用Python调用Lumerical FDTD

（二）在Python中编写FDTD仿真文件

（三）逆向设计仿真文件设置

（四）基于拓扑优化的超表面颜色路由器件详解利用等值线法导出逆向设计GDS文件

第六部分

13.模拟论文复现

（一）基于拓扑优化的超表面偏振分束器设计

----（根据发表在NANO LETTERS上的论文）

（二）基于拓扑优化的消色差偏转器设计

----(根据发表在NANO LETTERS上的论文)

（三）超表面偏振转换器件设计

----（根据发表在Chinese optics letters 上的论文）

四）基于形状优化的梯度超表面光束偏转器设计

----（根据发表在Light&Science Application 上的论文）

（五）基于遗传算法的二维梯度超表面设计

----（根据发表在Opto-Electronic Science 上的论文）

讲师介绍：

讲师一：国内某985高校博士研究生，研究方向集中于超构表面多维调控，逆向设计，超构透镜设计与深度学习优化，以第一作者及主要作者身份在 Nano Letters, Laser & Photonics Reviews 等 SCI 期刊发表多篇论文，谷歌学术引用 130余次。

讲师二：博士毕业于海外高校，获得省高层次人才，主持数项国家自然科学基金。目前申请人共发表sci论文47篇，其中一作/通讯作40篇，包括《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》、《Carbon》、《Journal of Lightwave Technology》，《Science China Physics, Mechanics & Astronomy》、《Nanophotonics》、《IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics》、《Optics & Laser Technology》等多篇高水平论文。长期担任多个著名光子学期刊审稿人。长期从事太赫兹超表面、超表面耦合、量子光学以及量子光学与光子学的交叉学科研究等。

 

公众号：科研硕博