[发明专利]一种太赫兹复合超材料多带吸收器及双向设计方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹复合超材料多带吸收器以及太赫兹复合超材料多带吸收器的设计方法，一种太赫兹复合超材料多带吸收器，包括金属基底，金属基底上设置有介质层，介质层上方设置有金属正方形环，金属正方形环内部中心位置处设置有金属十字架，金属十字架与金属正方形环之间还设置有金属圆环。本发明解决了现有技术中存在的传统超材料吸收器设计过程中需要不断试错，逐案计算分析，同时需要设计者具备以往的模拟仿真经验和超材料相关的专业知识等局限性的问题。

技术领域

本发明属于太赫兹超材料和机器学习技术领域，具体涉及一种太赫兹复合超材料多带吸收器，本发明还涉及一种太赫兹复合超材料多带吸收器的设计方法。

背景技术

超材料是由亚波长结构单元周期性排列所构成的人工复合型电磁材料，因其能够实现传统自然材料所不具备的电磁特性而倍受关注，它能够提供一个独特的平台来自由控制电磁波，以满足设计人员的应用需求。精心设计的超材料能够实现许多奇特的功能，例如:全息术、完美吸收、可调谐等。

超材料的设计过程非常复杂，需要耗费大量的时间以及计算资源，因此研究者们在超材料设计领域从算法到工具进行了大量的研究。目前有两种方法，一种是采用物理学理论计算，就是利用已有的理论如米氏理论或等效介质模型如Lewin模型和GEM模型。这种方法需要电磁场和等效模型的理论知识，而且只能设计简单结构的超材料。另一种是半自动方法也是目前最常用的方法如:有限元法、有限差分法、有限积分法或矩量法。该方法依赖于迭代的全波数值模拟工具如COMSOL、CST等进行逐案分析，不断试错。通过该方法求解正向问题的过程是从某些初始条件和边界条件开始，求解空间和时间上离散的麦克斯韦方程组，设置足够的网格和迭代步骤，在这些条件或参数都设置正确的前提下程序能够准确的计算出给定结构的电磁响应。如果得到所需的响应那么该结构即为所求，否则需要微调几何形状并反复执行仿真以逐渐接近所需的目标响应，并且由于设计者能力和计算资源的限制，在寻找最佳结构时仅调整了有限的设计参数，而得到的结果有可能不是最佳的。目前的数值模拟计算工具，只能根据设置超材料的结构参数，然后逐案计算，不能实现逆向设计，即设计具有随需电磁响应的超材料结构。由于两者之间存在复杂、非直觉的关系，随着超材料的结构越来越复杂，即使利用目前最成熟的数值模拟计算工具，也难以解决该问题。

人工智能、机器学习、深度神经网络在计算机科学与工程相关的领域(如:自然语言处理、语音识别、计算机视觉、图像处理)中取得了惊人的结果，因此其中一些机器学习理论算法和模型引起了包括医疗卫生、材料科学、粒子物理、量子力学、计算成像和激光物理学等领域研究人员的关注，证明了有巨大的潜力可以克服相关领域常规方法的局限性，并在这些领域创造出前所未有的机会。利用机器学习算法模型能够快速的建立超材料的几何形状与其电磁响应之间的复杂关系，从根本上将方法论从基于规则的方法转变为数据驱动的方法，它允许模型从大量数据中提取重要的特征信息，并发现其中复杂且非直觉的关系，这与基于物理或基于规则的方法形成鲜明对比。仅需要一次大量数据的投资即可在以后的设计过程中直接使用从而加快了超材料的设计过程。这种方法使得不具备超材料相关设计经验和知识的领域之外的设计者也能够按照自己需求进行超材料设计从而进行其他相关的研究工作。数据驱动方法为超材料设计领域提供一种全新的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种太赫兹复合超材料多带吸收器以及太赫兹复合超材料多带吸收器的设计方法，解决了现有技术中存在的传统超材料吸收器设计过程中需要不断试错，逐案计算分析，同时需要设计者具备以往的模拟仿真经验和超材料相关的专业知识等局限性的问题。

本发明所采用的第一技术方案是，一种太赫兹复合超材料多带吸收器，包括金属基底，金属基底上设置有介质层，介质层上方设置有金属正方形环，金属正方形环内部中心位置处设置有金属十字架，金属十字架与金属正方形环之间还设置有金属圆环。

本发明第一技术方案的特点还在于，