2026/2/10 10:37:23
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宽带消色差聚焦超构透镜#xff0c;利用粒子群优化算法实现多个波长得相位匹配#xff0c;达到宽波段同时聚焦在同一焦平面的效果#xff0c;
该案例模型包括粒子群优化算法#xff0c;代码超构透镜的建模脚本#xff0c;模型#xff0…metalens 宽带消色差超构透镜模型 宽带消色差聚焦超构透镜利用粒子群优化算法实现多个波长得相位匹配达到宽波段同时聚焦在同一焦平面的效果 该案例模型包括粒子群优化算法代码超构透镜的建模脚本模型宽带设计原理参考文献和一份word教程该算法可以拓展到任意波段的设计当传统透镜还在跟色差较劲的时候超构透镜已经悄悄玩起了魔术。今天要聊的这个金属透镜有点意思——它能让彩虹里的所有颜色乖乖聚焦在同一个点上就像把七色光训练成一支纪律严明的军队。先别急着喊Amazing这背后的粒子群优化算法PSO才是真导演。咱们的代码里藏着这么个片段def evaluate_fitness(particle): phase_errors [] for wavelength in [450e-9, 550e-9, 650e-9]: target_phase 2*np.pi*(focal_length)/wavelength actual_phase compute_phase(particle, wavelength) phase_errors.append(np.abs(target_phase - actual_phase)**2) return np.sum(phase_errors)这段代码就像个严格的教官同时盯着蓝、绿、红三个波长450nm/550nm/650nm的相位匹配情况。平方误差求和的设计让优化过程自动寻找三者平衡点相当于让三个调皮蛋手拉手同步前进。传统方法处理宽带消色差就像用美图秀秀修合影——总有人脸是糊的。而我们的粒子群算法直接给每个纳米级结构单元安排了智能导航particles np.random.rand(200, N_structures) * design_range velocities np.zeros_like(particles) for epoch in range(500): for i in range(200): current_fitness evaluate_fitness(particles[i]) if current_fitness personal_best[i]: personal_best[i] particles[i] pbest_fitness[i] current_fitness gbest_index np.argmin(pbest_fitness) global_best personal_best[gbest_index] inertia 0.7 * velocities cognitive 1.5 * np.random.rand() * (personal_best - particles) social 1.8 * np.random.rand() * (global_best - particles) velocities inertia cognitive social particles np.clip(particles velocities, 0, design_range)200个粒子在500代进化中跳着协同优化的探戈惯性项保持探索步伐认知项记录个人最佳战绩社会项则追随群体智慧。这种三维参数空间的集体舞传统梯度下降算法看了都要怀疑人生。建模脚本里有个骚操作——用傅里叶变换偷看光的未来def compute_focal_spot(field): psf np.fft.fftshift(np.fft.fft2(np.fft.fftshift(field))) return np.abs(psf)**2这个函数像时空侦探把超表面的近场分布瞬间切换到远场焦点。通过逆向工程焦点质量我们能反推每个纳米结构的最优形状这比直接求解麦克斯韦方程聪明多了。要说这设计最妙的地方是它的波段扩展性。想搞红外线改个波长参数的事wavelengths np.linspect(800e-9, 2000e-9, 10) # 红外波段采样配合材料数据库里的硅、氮化镓等红外兼容材料立马变身夜视装备核心。这种灵活性让传统折射透镜显得像上个世纪的古董。当然这算法也不是吃素的运行时记得给你的CPU准备好冰镇饮料。不过想想能同时搞定二十个波段的聚焦优化多等几分钟算什么总比做二十次独立优化再手动拼凑强。最后提一嘴代码包里那个自适应权重调整模块才是隐藏BOSS。它能在优化初期让粒子满场撒欢探索后期又稳如老狗精细调参这种动态平衡术才是PSO算法在超透镜设计里封神的关键。参考文献里那几篇Nature子刊的文章建议搭配代码服用效果更佳。至于Word教程...就当是学霸的课堂笔记吧关键时刻能救命的那种。