專利名稱：一種超材料設(shè)計(jì)裝置及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超材料設(shè)計(jì)裝置及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在研究材料對(duì)電磁波響應(yīng)的時(shí)候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的響應(yīng)也可以用材料的整體參數(shù)，例如介電常數(shù)e和磁導(dǎo)率U來(lái)描述。通過(guò)設(shè)計(jì)材料每點(diǎn)的結(jié)構(gòu)使得材料各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都相同或者不同從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)即可使得材料對(duì)電磁波具有宏觀上的響應(yīng)，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波等。該類具有規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的材料我們稱之為超材料。超材料通常包括基材及周期排布在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，每一人造微結(jié)構(gòu)與其附著的那部分基材可以看做是一個(gè)超材料單元。多個(gè)超材料單元按一定規(guī)律排列即可得到電磁波特定的響應(yīng)曲線。超材料的電磁響應(yīng)的特征是由基材的特性及周期排布于基材上的人造微結(jié)構(gòu)的特性共同決定，人造微結(jié)構(gòu)的特性包括其制備材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何尺寸，基材的特性取決于其制備材料與尺寸。因此，在基材一定的情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的特性，可以達(dá)到所需的電磁響應(yīng)，從而得到我們所需要的物理特性，如特定的電場(chǎng)響應(yīng)曲線、磁場(chǎng)響應(yīng)曲線和/或折射率響應(yīng)曲線等。由于超材料可以通過(guò)改變介質(zhì)的折射率來(lái)改變電磁波的傳播路徑，所以通常通過(guò)計(jì)算電磁波的傳播路徑來(lái)進(jìn)行超材料設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常使用變換光學(xué)、幾何光學(xué)及數(shù)值計(jì)算方式來(lái)設(shè)計(jì)超材料。變換光學(xué)方式主要是借鑒引力場(chǎng)對(duì)光波影響的現(xiàn)象，利用廣義相對(duì)論和非歐幾何來(lái)計(jì)算在非均勻介質(zhì)中電磁波的傳播路徑。幾何光學(xué)方式主要是將電磁波近似為光波，利用傳統(tǒng)幾何光學(xué)理論來(lái)計(jì)算電磁波的傳播路徑。數(shù)值計(jì)算方式主要是利用如有限元等方法解偏微分方程，得出在給定條件下麥克斯韋方程組及邊界條件的解，從而得到電磁波的傳播路徑。上述所述的三種方式都是通過(guò)單次計(jì)算電磁波的傳播路徑來(lái)設(shè)計(jì)超材料。計(jì)算的結(jié)果和理論的結(jié)果有較大的偏差，因此不能準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出所需的超材料。同時(shí)如果想要得到較準(zhǔn)確的結(jié)果，則需要單獨(dú)進(jìn)行多次計(jì)算，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本高。因此，需要提供一種超材料設(shè)計(jì)裝置及其設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)計(jì)超材料時(shí)準(zhǔn)確率低以及設(shè)計(jì)成本高的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超材料設(shè)計(jì)裝置及其設(shè)計(jì)方法，以提高超材料設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率以及降低設(shè)計(jì)成本。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種超材料設(shè)計(jì)方法，其中，超材料包括基材及周期排布在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，該超材料設(shè)計(jì)方法包括:產(chǎn)生一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線；通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合；對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)；抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合；根據(jù)有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料。其中，超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為基材的材料、尺寸，人造微結(jié)構(gòu)的材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)，超材料的物理特性為電場(chǎng)響應(yīng)、磁場(chǎng)響應(yīng)和/或折射率。其中，通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合的步驟包括:使用時(shí)間-空間高斯過(guò)程法通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。其中，對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)的步驟包括:使用多項(xiàng)式方法、傅里葉變換方法或小波變換方法并通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)。其中，抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合的步驟包括:在抽取參數(shù)方程的信息的基礎(chǔ)上通過(guò)使用Boosting、Lasso或Dantzig抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種超材料設(shè)計(jì)裝置，所述超材料包括基材及周期排布在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，該超材料設(shè)計(jì)裝置包括:仿真模塊，用于產(chǎn)生一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線；擬合模塊，用于通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合；分解模塊，用于對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)；抽取模塊，用于抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合；設(shè)計(jì)模塊，用于根據(jù)有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料。其中，仿真模塊中的超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為基材的材料、尺寸，人造微結(jié)構(gòu)的材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)，超材料的物理特性為電場(chǎng)響應(yīng)、磁場(chǎng)響應(yīng)和/或折射率。其中，擬合模塊使用時(shí)間-空間高斯過(guò)程法通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。其中，分解模塊使用多項(xiàng)式方法、傅里葉變換方法或小波變換方法并通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)。其中，抽取模塊在抽取參數(shù)方程的信息的基礎(chǔ)上通過(guò)使用Boosting、Lasso或Dantzig抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合。本發(fā)明的有益效果是:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的超材料設(shè)計(jì)裝置及其設(shè)計(jì)方法可以用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)優(yōu)化技術(shù)對(duì)超材料的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)的測(cè)試和改進(jìn)，以使設(shè)計(jì)的結(jié)果最接近生產(chǎn)的要求，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率以及降低了設(shè)計(jì)成本。


圖1是本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)方法的實(shí)施例的流程圖；圖2是本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參考圖1，圖1是本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)方法的實(shí)施例的流程圖。如圖1所示，超材料設(shè)計(jì)方法100包括如下步驟:步驟S1:產(chǎn)生一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線；
因?yàn)槌牧习ɑ募爸芷谂挪荚诨纳系亩鄠€(gè)人造微結(jié)構(gòu)，因此，在基材一定的情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的特性以得到我們所需要的物理特性。本發(fā)明利用仿真模型(仿真模型是COMSOL模型)對(duì)超材料的人造微結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真以得到超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并通過(guò)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)和其物理特性的特定關(guān)系建立一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線。另，超材料可以通過(guò)改變介質(zhì)的折射率來(lái)改變電磁波的傳播路徑，而超材料的結(jié)構(gòu)又直接影響超材料的折射率分布，因此COMSOL仿真模型對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)(即人造微結(jié)構(gòu))進(jìn)行仿真得到超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后通過(guò)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)和其折射率分布的特定關(guān)系得到超材料的折射率分布，最后通過(guò)超材料的折射率分布對(duì)電磁波的傳播路徑的影響得到電磁波的傳播路徑。即得到一超材料結(jié)構(gòu)參數(shù)-電磁波傳播路徑的響應(yīng)曲線，或者以折射率為自變量，得到一折射率-電磁波傳播路徑的響應(yīng)曲線。另，仿真模型可以對(duì)超材料的其他性質(zhì)進(jìn)行仿真以得到相應(yīng)的響應(yīng)曲線，如特定的電場(chǎng)響應(yīng)曲線、磁場(chǎng)響應(yīng)曲線和/或折射率響應(yīng)曲線等，在此不再贅述。步驟S2:通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合；擬合的作用主要是將較為雜亂無(wú)規(guī)律的響應(yīng)曲線用一個(gè)參數(shù)方程表達(dá)。為了取得更全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果，可以使用不同的參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。步驟S3:對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)；本實(shí)施例使用多項(xiàng)式方法、傅里葉變換方法或小波變換方法并通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)。參數(shù)方程可以分解為一系列參數(shù)，如f( 6) =f(0!,02，...em)，其中，參數(shù)數(shù)目m越大，說(shuō)明定義的參數(shù)方程復(fù)雜度越高，越能描述原響應(yīng)曲線的狀態(tài)。即更能表現(xiàn)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)和其物理特性的關(guān)系，提高了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確度。此外，可以采用現(xiàn)有技術(shù)的其他方法對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解，在此不再贅述。步驟S4:抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合；在抽取參數(shù)方程的信息的基礎(chǔ)上通過(guò)使用Boosting、Lasso或Dantzig抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合。其中，該參數(shù)方程的信息通常指的是參數(shù)方程的分解形式。即Boosting、Lasso或Dantzig等方法在抽取參數(shù)方程的分解形式的信息之后建立一個(gè)選擇規(guī)則或選擇函數(shù)方程，然后應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫(kù)(數(shù)據(jù)庫(kù)存有對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解后得到的參數(shù))中，從而抽取有用參數(shù)集合。經(jīng)過(guò)抽取步驟，得到有用的參數(shù)，為進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)提供了有效數(shù)據(jù)。此外，可以采用現(xiàn)有技術(shù)的其他方法抽取有用參數(shù)集合，在此不再贅述。步驟S5:根據(jù)有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料。進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)即是根據(jù)抽取得到的有用參數(shù)集合進(jìn)一步作用于仿真模型以產(chǎn)生響應(yīng)曲線，然后再作進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)優(yōu)化。參考圖2，圖2是本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，超材料設(shè)計(jì)裝置200包括仿真模塊201、擬合模塊202、分解模塊203、抽取模塊204以及設(shè)計(jì)模塊205。

其中，本發(fā)明所使用的仿真模型是COMSOL仿真模型。仿真模塊201用于產(chǎn)生一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線。因超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為基材的材料、尺寸，人造微結(jié)構(gòu)的材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何尺寸。因此，基材一定時(shí)，用COMSOL仿真模型對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)(即人造微結(jié)構(gòu))進(jìn)行仿真以得到超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并根據(jù)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)與其物理特性的特定關(guān)系建立一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線。此外，仿真模塊201可以由任意能實(shí)現(xiàn)仿真功能的仿真模型構(gòu)成，在此不再贅述。擬合模塊202主要是對(duì)仿真模塊201中產(chǎn)生的響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。以使雜亂無(wú)章的響應(yīng)曲線用一個(gè)參數(shù)方程表示。本實(shí)施例主要是利用時(shí)間-空間高斯過(guò)程法通過(guò)參數(shù)方程的形式對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。分解模塊203主要是對(duì)擬合模塊202中的參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到一系列參數(shù)。本實(shí)施例主要是使用多項(xiàng)式方法、傅里葉變換方法或小波變換方法并通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)抽取模塊204主要是抽取從分解模塊203中分解得到的參數(shù)中的有用參數(shù)集合。抽取得到的有用參數(shù)集合為進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)提供了有效的數(shù)據(jù)，本發(fā)明主要是利用Boosting、Lasso或Dantzig等統(tǒng)計(jì)優(yōu)化的方法從大量分解后的參數(shù)中抽取有用的參數(shù)集合。設(shè)計(jì)模塊205主要是利用抽取模塊204抽取到的有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料，如具有所需的匯聚電磁波、發(fā)散電磁波等特性的超材料。設(shè)計(jì)模塊205主要是通過(guò)控制仿真模塊201來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。請(qǐng)參考圖3，圖3是本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)裝置300與本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)裝置200的不同之處在于，如圖3所示，本發(fā)明超材料設(shè)計(jì)裝置300包括仿真模塊301、參數(shù)方程模塊302、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊303以及統(tǒng)計(jì)優(yōu)化模塊304。其中，參數(shù)方程模塊302包括:通過(guò)參數(shù)方程對(duì)仿真模塊301產(chǎn)生的以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合以及對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到一系列參數(shù)。參數(shù)方程模塊302目前所使用的方法包括但不限于多項(xiàng)式法、傅里葉變換法、小波變換法以及時(shí)間-空間高斯過(guò)程法。例如，在設(shè)計(jì)對(duì)電磁波有響應(yīng)的超材料時(shí)，可以設(shè)計(jì)超材料的結(jié)構(gòu)以得到按規(guī)律排布的超材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。即用仿真模型對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真，建立一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率為因變量的響應(yīng)曲線。然后對(duì)曲線進(jìn)行擬合以及分解參數(shù)方程。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊303主要用于存儲(chǔ)參數(shù)方程模塊302中對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解得到的多個(gè)參數(shù)。統(tǒng)計(jì)優(yōu)化模塊304包括:在從參數(shù)方程模塊302中抽取參數(shù)方程的信息的基礎(chǔ)上抽取數(shù)據(jù)庫(kù)模塊303中存有的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合，并根據(jù)有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料。統(tǒng)計(jì)優(yōu)化模塊304目前所使用的方法包括但不限于Boosting、Lasso及Dantzig。上述的參數(shù)方程模塊302、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊303以及統(tǒng)計(jì)優(yōu)化模塊304之間的接口都是通過(guò)MATLAB編程實(shí)現(xiàn)的。
綜上所述，本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真以產(chǎn)生響應(yīng)曲線，再通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合并對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)，最后抽取有用的參數(shù)并進(jìn)一步設(shè)計(jì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以得到具有所需物理特性的超材料。通過(guò)上述方式，本發(fā)明對(duì)超材料的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)的測(cè)試和改進(jìn)，以使設(shè)計(jì)的結(jié)果最接近生產(chǎn)的要求，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率以及降低了設(shè)計(jì)成本。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超材料設(shè)計(jì)方法，所述超材料包括基材及周期排布在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于， 產(chǎn)生一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線； 通過(guò)參數(shù)方程對(duì)所述響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合； 對(duì)所述參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)； 抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的所述分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合； 根據(jù)所述有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為所述基材的材料、尺寸，所述人造微結(jié)構(gòu)的材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何尺寸，所述超材料的物理特性為電場(chǎng)響應(yīng)、磁場(chǎng)響應(yīng)和/或折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述通過(guò)參數(shù)方程對(duì)所述響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合的步驟包括: 使用時(shí)間-空間高斯過(guò)程法通過(guò)參數(shù)方程對(duì)所述響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述對(duì)所述參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)的步驟包括: 使用多項(xiàng)式方法、傅里葉變換方法或小波變換方法并通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)所述參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材`料設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的所述分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合的步驟包括: 在抽取參數(shù)方程的信息的基礎(chǔ)上通過(guò)使用Boosting、Lasso或Dantzig抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的所述分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合。
6.一種超材料設(shè)計(jì)裝置，所述超材料包括基材及周期排布在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超材料設(shè)計(jì)裝置包括: 仿真模塊，用于產(chǎn)生一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線； 擬合模塊，用于通過(guò)參數(shù)方程對(duì)所述響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合； 分解模塊，用于對(duì)所述參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)； 抽取模塊，用于抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的所述分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合； 設(shè)計(jì)模塊，用于根據(jù)所述有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超材料設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述仿真模塊中的所述超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為所述基材的材料、尺寸，所述人造微結(jié)構(gòu)的材料、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何尺寸，所述超材料的物理特性為電場(chǎng)響應(yīng)、磁場(chǎng)響應(yīng)和/或折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超材料設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述擬合模塊使用時(shí)間-空間高斯過(guò)程法通過(guò)參數(shù)方程對(duì)所述響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超材料設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述分解模塊使用多項(xiàng)式方法、傅里葉變換方法或小波變換方法并通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)所述參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超材料設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，所述抽取模塊在抽取參數(shù)方程的信息的基礎(chǔ)上通過(guò)使用Boosting、Lasso或Dantzig抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的所述分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用 參數(shù)集合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超材料設(shè)計(jì)裝置及其設(shè)計(jì)方法。其中，超材料包括基材及周期排布在基材上的多個(gè)人造結(jié)構(gòu)，該方法包括產(chǎn)生一以超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量，以超材料的物理特性為因變量的響應(yīng)曲線；通過(guò)參數(shù)方程對(duì)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合；對(duì)參數(shù)方程進(jìn)行分解以得到多個(gè)參數(shù)；抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中存有的分解得到的多個(gè)參數(shù)中的有用參數(shù)集合；根據(jù)有用參數(shù)集合進(jìn)一步對(duì)超材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以得到具有所需物理特性的超材料。通過(guò)上述方式，本發(fā)明的超材料設(shè)計(jì)裝置及其方法可以用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)優(yōu)化技術(shù)對(duì)超材料的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)的測(cè)試和改進(jìn)，以使設(shè)計(jì)的結(jié)果最接近生產(chǎn)的要求，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率以及降低了設(shè)計(jì)成本。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103164557SQ20111041850
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 殷俊 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院