光子学与电磁学领域正经历着由“数值模拟”向“智能设计”的范式跃迁。传统依赖于经验与参数扫描的光学设计方法，在面对超表面等多自由度、高性能指标的复杂逆设计问题时，已显得效率低下且难以触及全局最优解。将FDTD电磁仿真与Python智能优化算法融合，正成为突破传统瓶颈、实现器件性能提升的核心驱动力，重塑着从基础研究到工程应用的光学设计全链条。

第一部分

1. 超表面概述与FDTD软件入门
   1. 超表面基础和应用及FDTD操作简介
      1. 软件界面与基本操作
      2. 仿真区域、边界条件与网格划分
      3. 光源与监视器的设置
   2. 超表面相位调控基础理论与实践操作
      1. 超表面相位调控手段（几何相位、传播相位、谐振相位）
      2. 单纳米结构单元的相位调控实践操作
   3. 超表面子单元库构建：子单元扫描；相位、透射率与截面尺寸关系
   4. MATLAB超表面相位分布设计
      1. FDTD与MATLAB配置
      2. 超构透镜子单元库数据导出
      3. 超构透镜相位分布设计实践

• 利用MATLAB编写聚焦相位脚本
• 导入子单元库、计算每个位置相位与库中相位误差
• 选取误差最小子单元
• 输出超构透镜子单元参数
  1. 超表面仿真设计与性能测试
     1. 完整超表面结构建模
     2. 远场/近场性能仿真分析
     3. 性能评估指标（聚焦效率、成像质量等）

第二部分

1. 多功能超表面器件实战设计

• 实战一：偏振成像超构透镜设计
• 实战二：消色差超构透镜设计
• 实战三：全息超表面设计
• 实战四：超表面图像微分器件设计

第三部分

1. FDTD超表面逆向设计入门介绍
   1. FDTD与Python联合设计（Lumapi与Lumopt介绍、Lumopt下载）
   2. FDTD与Python环境配置
   3. 逆向设计方法一：梯度下降算法及遗传算法介绍
   4. 逆向设计方法二：伴随法与拓扑优化介绍
   5. 逆向设计方法三：深度学习与神经网络介绍

第四部分

1. FDTD联合Python逆向设计案例实践
   1. 利用Python调用Lumerical FDTD
   2. 在Python中编写FDTD仿真文件扫描超表面子单元库
   3. 逆向设计仿真文件基本介绍
   4. 基于拓扑优化的超表面颜色路由器件详解
   5. 利用等值线法导出逆向设计GDS文件

第五部分

1. 超表面逆向设计论文案例复现
   1. 基于拓扑优化的超表面偏振分束器

--（根据发表在NANO LETTERS上的论文）

1. 1. 基于拓扑优化的消色差偏转器

----(根据发表在NANO LETTERS上的论文)

1. 1. 超表面偏振光转换器设计

----（根据发表在Chinese optics letters 上的论文）

1. 1. 基于形状优化的光束偏转器

--（根据发表在Light&Science Application 上的论文）

1. 1. 基于遗传算法的二维梯度超表面设计

--（根据发表在Opto-Electronic Science 上的论文）

1. 1. 基于神经网络的超表面子单元光谱预测

----(根据发表在NANO LETTERS上的论文)