【摘要】：超材料以其特殊的電磁特性被科學(xué)界廣泛關(guān)注,并成功地應(yīng)用于雷達、天線、傳感器和其他微波器件上。在傳統(tǒng)的超材料的設(shè)計與仿真中,往往需要利用HFSS、CST等電磁仿真軟件進行復(fù)雜的建模與大量的數(shù)值計算,如何快速、準確地對超材料進行分析成為目前超材料研究領(lǐng)域的一大問題。近年來,部分學(xué)者提出利用深度學(xué)習(xí)的思想構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對超材料進行特性參數(shù)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法,為超材料設(shè)計與仿真提供了另一種思路。利用深度學(xué)習(xí)設(shè)計超材料是一種較為通用的方法,不需要考慮超材料的建模過程,也不需要對其各種參數(shù)進行電磁計算,只需要學(xué)習(xí)不同結(jié)構(gòu)以及其對應(yīng)的特性即可對超材料進行特性計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計,這對于超材料的研究具有很強的現(xiàn)實意義。本文介紹了超材料的特性以及傳統(tǒng)電磁數(shù)值計算方法,學(xué)習(xí)了基于深度學(xué)習(xí)研究超材料結(jié)構(gòu)與特性的思想,并將其應(yīng)用于周期性陣列型超材料結(jié)構(gòu)特性參數(shù)的計算。對于周期性超材料陣列結(jié)構(gòu),將其抽象為“0”、“1”矩陣的形式,使用Matlab與CST微波工作室聯(lián)合仿真的方法對其進行建模與仿真,得到模型結(jié)構(gòu)和其對應(yīng)的S參數(shù)作為樣本數(shù)據(jù)集,然后運用深度學(xué)習(xí)思想構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),分析了卷積層深度、池化方式、激活函數(shù)和優(yōu)化器選取對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能的影響,使用GPU加速的方法對仿真得到的部分樣本數(shù)據(jù)集進行訓(xùn)練,從而構(gòu)建超材料結(jié)構(gòu)和其特性參數(shù)之間的映射關(guān)系,最后利用構(gòu)建的映射關(guān)系對樣本數(shù)據(jù)集里的訓(xùn)練集進行驗證,實現(xiàn)對超材料特性參數(shù)計算的效果,為進一步通過超材料的特性進行結(jié)構(gòu)的逆向設(shè)計做出了鋪墊。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文逡逑ＭＡＳＴＥＲ’Ｓ邋ＴＨＥＳＩＳ逡逑劉教授所構(gòu)建的雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在正向模擬中，其深度學(xué)習(xí)模型可以快捷超材料結(jié)構(gòu)參數(shù)所具有的反射系數(shù)和頻率點；在反向設(shè)計中，其深度學(xué)依靠需求的超材料特性來設(shè)計出恰當?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)。特別值得一提的是，材料特性中的反射頻率點和振幅等基本參數(shù)，劉教授所構(gòu)建的的雙向型也可以按照性能需求來設(shè)計出合適的手性超材料的物理結(jié)構(gòu)。逡逑°－

邐［邋ＣＷｒｏｐｔｉｃａｌ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋＾逡逑３０邐４０邐？）邋６Ｃ邋Ｉｆ｝邋ｆｉ）逡逑圖１．１深度學(xué)習(xí)在手性超材料的設(shè)計和優(yōu)化逡逑Ｔｅｌ邋Ａｖｉｖ邋Ｔｅｌ邋Ａｖｉｖ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ納米科學(xué)和納米技術(shù)中心研宄員Ｍｉｃｈｅａｌ邋Ｍｒｅｊｅｎ和逡逑計算機科學(xué)學(xué)院研宄員Ｍａｌｋｉｅｌｌｔｚｉｋ發(fā)表文章展示了一種基于深度學(xué)習(xí)的方法來簡逡逑化基本納米光子和超材料元素的設(shè)計的方法近幾十年來，盡管光學(xué)領(lǐng)域的許多逡逑突破帶來了前所未有的成像能力，，但它在日常生活中的影響和滲透一直受到復(fù)雜和逡逑反復(fù)的過程建模、納米制備和納米表征循環(huán)的阻礙。其根本原因是光學(xué)響應(yīng)的計算逡逑需要利用大量數(shù)值計算來求解麥克斯韋方程而得到，是個非常耗時且依賴計算力的逡逑過程。更重要的是求解問題具有高度非線性的特點，其逆問題即設(shè)計具有按需光學(xué)逡逑響應(yīng)的超材料納米結(jié)構(gòu)也同樣是一項令人望而卻步的任務(wù)，即使使用最先進的數(shù)值逡逑工具也是如此。與此同時，雖然多年來計算機科學(xué)一直被用來處理納米光子成像、逡逑設(shè)計和表征方面的艱巨任務(wù)，但是這些方法要么是針對超越衍射極限的分辨成像和逡逑表征
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP18;O441;TB34

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

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本文編號：2639510