在系统讲解天线、超表面的物理原理、功能实现机制以及利用有限元法Finite Element Method, FEM进行建模与仿真设计的完整流程。通过理论讲授与仿真实践相结合的方式帮助学员掌握从结构建模、物理场设置、网格划分、参数扫描到仿真后处理与优化设计的全过程并最终能够独立搭建可用于科研发表级别的仿真模型。1.理解超表面物理机制与仿真需求掌握超表面的基本工作原理如相位调控、谐振模式、空间色散了解其在光场调控中的核心功能。明确仿真过程中对周期性边界、亚波长结构和高精度求解的需求。2.掌握 COMSOL 中天线设计、超表面建模流程学习在 COMSOL 中构建超表面单元结构包括几何建模、材料设定、边界条件如周期性边界、端口激励的应用。熟悉频域仿真流程与仿真精度控制手段如网格收敛与PML设置。3.完成典型超表面器件的仿真实践动手仿真多个超表面功能器件包括偏振转换器、相位延迟器、扇形透镜、OAM光束生成器等分析其电磁响应透射相位、反射率、聚焦效果等。4.掌握超表面参数扫描与结构优化技巧学习利用参数扫描与函数控制实现超表面结构的多参响应提取。掌握集成 MATLAB 或 COMSOL Application Builder 的优化流程用于相位库提取与波前合成设计。5.具备独立设计与仿真超表面器件的能力能够根据科研或工程需求独立建立高精度的超表面仿真模型分析仿真数据并评估器件性能为后续论文发表或项目设计提供支持。第一天周期性结构与波导系统第一章周期性结构能带仿真1.基础理论1.1能带理论Floquet-Bloch定理1.2BIC物理机制对称性保护 vs. 参数调控2.核心案例2.1案例1.1一维光子晶体2.2案例1.2二维光子晶体板2.3案例1.3光学中的连续谱束缚态(BIC) ----根据发表在Phys Rev Lett上的论文2.4案例1.4魔角Moiré光子晶体----根据发表在Nature nanotechnology上的论文2.5案例1.5频率选择表面互补开口谐振环透射谱2.6案例1.6超表面光束偏折器第二章波导模型仿真1.关键技术1.1二维等效三维方法模式匹配原理2.核心案例2.1案例2.1矩形波导模态分析2.2案例2.2波导耦合器2.3案例2.3光纤波导2.4案例2.4环形谐振腔第二天非线性场与天线系统第三章非线性场仿真1.耦合机制1.1非线性极化率设置χ⁽²⁾张量定义2.核心案例2.1案例3.1频域二次谐波产生第四章天线设计1.天线关键技术1.1传输线理论2.核心案例2.1案例4.1: 同轴电缆微带线模型2.2案例4.2: 平行导线微带线模型2.3案例4.3: 同轴电缆与电路耦合2.4案例4.3: 接地共面波导上的SMA连接器2.5案例4.4: Wilkinsong功分器2.6案例4.5: Wilkinsong功分器传输线模块2.7案例4.6微带贴片天线谐振频率调整2.8案例4.7相控阵天线波束扫描相位控制2.9案例4.8抛物面天线远场方向图计算第三天拓扑超表面与常用理论第五章拓扑超表面1. 拓扑光学研究介绍2. 光学拓扑边界态3. 光学拓扑边界态的频域仿真4. comsol时域仿真5. comsol数学模块使用6. 光学拓扑边界态的时域仿真第六章超表面体系中的常用理论1. 有效哈密顿量法2. 时域耦合模理论3. BIC的多极解释第四天时域超表面与局域化效应第七章时域超表面1. 时变材料背景介绍2. 时间界面与时间包层的comsol仿真3. 时间光子晶体4. 时域超表面理论5. 时域超表面第八章安德森局域化1. 安德森局域化背景介绍2. comsol with matlab教学3. 安德森局域化的comsol仿真第九章石墨烯超表面1. 石墨烯光学性质介绍2. 石墨烯纳米带全反射仿真第五天优化设计实战第十章形状优化1.参数化扫描策略1.1几何变量约束条件设置2.核心案例2.1案例10.1用于多路分解的光子晶体的优化2.2案例10.2用于信号滤波的光子晶体的优化2.3案例10.3多波长超表面----根据发表在OPTICS EXPRESS上的论文2.4案例10.4超表面波长解复用----根据发表在OPTICS EXPRESS上的论文第十一章拓扑优化1.反设计流程灵敏度分析 梯度优化算法2.核心案例2.1案例11.1超透镜设计2.2案例11.2多层超表面优化----根据发表在PHYSICAL REVIEW APPLIED上的论文2.3案例11.3宽带消色差透镜的优化根据发表在OPTICS EXPRESS上的论文2.4案例11.4模式转换器----根据发表在ACS Photonics上的论文1.基础理论