諧振器的案例
仿真揭示光環諧振器中的“回音廊”效應
令人驚訝的是，你完全可以在另一個科學領域觀察到類似的效果：光波在光環諧振器中傳播。
什么是光環諧振器？
像濾光器一樣，光環諧振器是只允許一個狹窄頻帶通過的波導結構，這種結構也能用于耦合方向相反的兩個光波導。典型的光環諧振器包含兩部分：
直波導
環形波導
波導芯緊密地放置在一起，光波從一個波導耦合到另一個波導。
光環諧振器（上）表現出類似于回音廊（下）的效果，但是用光波代替聲音。右：倫敦圣保羅大教堂內的回音廊。
在硅光子學領域，光環諧振器表現出用作集成光路元件的潛力。由于諧振器的折射率相差極大，它可以產生極小的光路。此外，還可以將兩個或多個光環諧振器相結合來開發結構緊湊、損耗最低且易于集成到現有網絡的高階濾光器。光環諧振器的其他應用還包括可調諧機械傳感器、生物傳感器、光譜學，以及量子光子研究
在光環諧振器中，光沿著環路傳播，并由于全內反射（total internal reflection，簡稱 TIR）而保留在波導中。全內反射是一種光學現象，即光線不會折射通過它們觸及的介質邊界。
光在光環諧振器中的傳播。
由于只有少數波長在這些環路中達到諧振，因此光環諧振器被用作濾波器。諧振腔耦合器的傳輸損耗可以對波在傳播過程中產生的損耗起到平衡作用，對陷波濾波器來說非常理想。
在 COMSOL 軟件中模擬光環諧振器
波動光學模擬軟件有助于評估光環諧振器的光譜特性。例如，你可以使用 COMSOL 軟件和附加的波動光學模塊，模塊中包含預定義的電磁波，波束包絡接口。此接口用于模擬光波在許多波長上的傳播，你可以利用其中的分析結果來評估光環諧振器作為陷波濾波器的性能。
電磁波，波束包絡接口基于波束包絡法，這是一種數值方法，用于分析大型光學仿真中的慢變電場包絡。
展開 案例41-粘熱諧振器的聲學分析
該示例問題使用聲學單元和粘熱損失（比較邊界層阻抗[BLI]模型和低頻率[LRF]模型）來分析帶有四分之一波長諧振器的吸音裝飾板。
重點介紹了以下特性和功能：
• 三維聲學單元
• 法向表面速度
• 邊界層阻抗（BLI）模型
• 低頻率（LRF）模型
• 端口定義
• 吸收系數后處理
介紹
開發最小化噪聲的系統是一個持續的過程，因為噪聲是一個可能快速且不利地影響舒適性的因素。例如，在飛機機艙中，機身周圍的湍流邊界層是中高頻范圍（500-2000Hz）噪聲的主要來源。為了降低機艙內的聲壓級，一種有效的解決方案是由不同直徑和長度的管組成的四分之一波諧振器面板。共振板的吸收能力是四分之一波現象和粘熱損失綜合作用的結果。
這里提出的問題計算了示例諧振器面板的吸收系數。
問題描述
為了減少飛機機艙內的噪聲，可以將粘熱四分之一波諧振器面板放置在機艙內。諧振管的長度和直徑經過優化，以使感興趣的頻率范圍內的聲音吸收最大化。因此，本文描述的諧振器模型使用阻抗管方法進行了實驗和數值測試。
下圖顯示了本仿真中使用的諧振器模型的幾何結構：
該圖顯示了由不同直徑和長度的管組成的諧振器，從而優化了所有頻率的吸收：
每個管的半徑和長度由以下值定義：
建模
結構的三維模型在ANSYS DesignModeler中創建，并用FLUID220和FLUID221三維聲學單元進行網格劃分，壓力作為唯一的自由度（KEYOPT（2）=1）。
在阻抗管入口施加法向速度和無反射輻射邊界，模擬揚聲器實驗產生的聲音。
展開 Nature：石墨烯氮微諧振器中的柵極可調諧頻梳
這種電動控制可以將光學梳齒和光電子相連，使得一個諧振器中的各種梳狀輸出具有快速和方便的可調性。由于其卓越的費米-狄拉克可調性和超快的載流子遷移率，石墨烯具有復雜的光色散，可通過柵極電壓進行調整。這帶來了光電子技術的進步，如調制器，光電探測器和可控等離子體激元。
成果簡介
近日，來自成都電子科技大學的姚佰承（通訊作者）的團隊在Nature發表了題為Gate-tunable frequency combs in graphene–nitride microresonators的文章，通過將柵極可調光導與氮化硅光子微諧振器耦合，從而通過改變費米能級來調制其二階和更高階色散來證明石墨烯基光學頻率梳的門控腔內可調諧性。他們實現了雙層離子凝膠門控晶體管，以在單電壓電平控制下調節石墨烯0.45-0.65電子伏特范圍內的費米能級。他們進一步證明了從周期性孤子晶體到具有缺陷的晶體的電壓可調諧轉換，這種結合了單原子層納米科學和超快光電子的異質石墨烯微腔將有助于提高我們對動態頻率梳和超快光學的理解。
圖文導讀
圖1：柵極可調石墨烯氮化物異質微腔的概念設計與實現
a: GMR的示意結構，氮化硅用灰色表示；
b: 石墨烯-氮化物異質波導的電場分布；
c: 光學顯微照片顯示母線波導（紅色箭頭），環形諧振器和Au/Ti金屬化圖案；
d: 根據其費米能級計算石墨烯的速度色散和三階色散。
圖2：調諧石墨烯微環諧振器
a: 電子測量石墨烯/離子凝膠電容器；
b: 費米能級和光學波長的函數；
c: 測量GMR的透射率（頂部面板）和模式FSR與波長關系；
d: 在各種VG下調諧Q因子和色散變化。
展開 Lumerical案例 | 基于MIM雙環諧振器的等離子體光學生物傳感器
近日，一項發表于《Scientific Reports》的研究為這一困境提供了解決方案[1] —— 基于金屬-絕緣體-金屬（MIM）雙環諧振器的等離子體光學生物傳感器，以其超高靈敏度、快速響應及多細菌區分能力，有望重塑細菌檢測技術格局。
細菌檢測技術的現狀與痛點
細菌感染仍然是全球發病率和死亡率的主要原因，診斷延遲往往會加劇臨床結果。然而，傳統檢測手段存在顯著短板：微生物培養需數天時間，PCR與酶聯免疫吸附試驗（ELISA）技術依賴實驗室條件且操作復雜，難以在資源有限地區推廣應用。即便在技術相對成熟的場景，這些方法對早期感染的低濃度細菌也常出現漏檢，延誤治療時機。
近年來，光學生物傳感器憑借無標記檢測、實時分析、可微型化等優勢成為研究熱點，其中等離子體傳感器因對局部折射率變化的超高敏感性脫穎而出。表面等離子體激元（SPPs）在金屬-介質界面的激發，可將電磁場強局域化，極大增強光與生物分子的相互作用，為高靈敏度檢測奠定基礎。但現有技術在特異性、多參數優化及實際環境適應性上仍有提升空間。
MIM 雙環諧振器傳感器的設計與優化
（一）核心結構：MIM雙環諧振器的設計
該傳感器采用MIM雙環諧振器結構，其結構如圖1所示，核心由兩層金屬夾一層介質基板構成，通過納米環與垂直臂的巧妙布局實現電磁場強約束。具體設計中，金納米環與金背反射器的組合被選為最優方案——金具有優異的等離子體共振特性與化學穩定性，可有效減少生物環境中的干擾；絕緣介質基板由一層制成，厚度經優化后確保電磁場與分析物的高效作用；傳感器整體結構參數通過粒子群優化（PSO）算法迭代優化，最終確定關鍵尺寸如表1所示。
展開 
非序列建模標準具和FABRY-PéROT諧振器
光學標準具用于各種應用，例如在光譜學和激光諧振器領域。標準具的基本結構僅僅包括一對平面平行的透明板，并可以形成一個眾所周知的Fabry-Pérot諧振器，它通常用于光譜和/或角度選擇。
干貨 | 基于ANSYS HFSS 諧振濾波器分析
濾波器是一種對信號有處理作用的器件或電路。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器。主要作用是：讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能大的衰減。 濾波器一般有兩個端口，一個輸入信號、一個輸出信號，利用這個特性得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率后的電源信號。
本文主要介紹如何使用ANSYS HFSS進行諧振濾波器分析。
1.仿真濾波器模式與Q值
1.1 設置求解類型和單位
打開ANSYS Electronics Desktop 2017，點擊主菜單Project下的Insert HFSS Design，打開HFSS模塊，點擊菜單HFSS下的Solution，選擇本征模求解，在菜單Modeler下選擇單位。
展開 薄膜體聲波諧振器(FBAR)壓電耦合仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一薄膜體聲波諧振器(FBAR)模型，一個硅襯底上挖一個空腔，然后在其上增加隔離層、下電極壓電層和上電極層，結構如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c13a34fa2c6945ebbbe32c149f037a96.png" alt="Untitled1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><p>仿真得到結構隨頻率響應的電勢和振幅分布，如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/231c13a322424161b8a1b82b2531f400.png" alt="Untitled21.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為 3GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/03fad0bb7730490c907b7b846d5682e0.png" alt="Untitled22.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.2 GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/bff03f49559f43818102007de80fedc6.png" alt="Untitled23.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.4 GHz</strong></p><p><img src="https
展開 024 – FDTD MIM波導雙微環諧振器（僅模型文件，40元） ￥40
024 – FDTD MIM波導雙微環諧振器（僅模型文件，40元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在Sensors上的論文《Plasmonic Multichannel Refractive Index Sensor Based on Subwavelength Tangent-Ring Metal–Insulator–Metal Waveguide，作者：Zicong Guo等》，用Lumerical FDTD重復了其中的Fig.2(b-d)、Fig.3(a) ；
基于Lumerical FDTD Solution求解，使用的軟件版本為Lumerical 2016a；
計算所需的內存：1 GB；
涉及的內容：2D-FDTD、MIM波導中平面光源的使用、場監視器、透射率監視器 等；
繪制了：透射率隨波長的變化關系、磁場分布、輸出光的相位響應；
本案例僅包含模型文件，但有一個如何運行仿真的簡單說明。
包含的文件截圖：
詳細描述：
如上圖所示，在直通道 “金屬-介質-金屬”（MIM）波導旁邊放置兩個微環。
直通道的寬度為 50 nm，微環的寬度為 20 nm，兩個微環的內徑分別為 40 nm 和 60 nm。
研究波導中的光經過微環后的透射率和相位變化。
計算的內容和結果：
1、透射率。
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
?有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
?MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
?選擇TM偏振波激發SPPs
?應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
?輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
?網格尺寸要小到足以研究SPPs
?對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
?用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S. Lin, et al., "Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes,"Opt. Lett. 33, 2874-2876 (2008);
[3] A.
展開 基于FDE（有限元差分）算法模擬環形諧振器
大家好，歡迎來到今日本期案例學習，今天我要向大家介紹的是基于FDTD軟件中的FDE(有限元差分計算方式)進行環形諧振器結構的模擬，希望能你幫大家提供一些參考：
利用該軟件進行模擬主要需要進行以下四個部分環節的模擬：
第一部分：模型結構的建模使用：
a.模型框架
如上圖所示，主要是利用矩形波導和環形波導構成。細節圖如下所示：
我們在每個波導結構部分可以設置它的幾何位置以及結構寬度、材料參數（本案例中使用的是二氧化硅材質）
第二部分：模擬區域的配置，為了簡化運算在這里我們等價為二維結構（XY面，在Z方向是無限延展的），在這一部分需要配置模擬監視區域的幾何尺寸（模擬幾何區域會用藍色區域框架表示），模擬的環境折射率，模擬環境的溫度，設置網格尺寸（劃分完可以在左側模型樹中用mesh進行生成展示，一般自動默認生成即可），設置邊界條件等。（一般情況設置為PML條件：完美匹配層條件，一般用上圖中橙色框架顯示，）
第三步：配置光源類型：（在本案例中我們選擇的為模式光源，在這里需要設置一個基模模式并且給定入射的波長，可以是單波長或者多波長，并且要設定光源幾何尺寸，即光源的光場直徑以及入射位置，是否呈角度入射等）
第四步：設置監視輸出的物理量（可以檢測光場強度大小，光能量數值，模式展開值等；在本案例中監測光場光強度及功率值大小）
輸出結果展示：可以根據自己所需要的物理量做相應調整。
上述為使用該軟件進行模擬的一個簡要指導思路，興許會為你用該軟件做模擬會有一個知道思路，喜歡的話就關注我們吧，為你提供更多的精彩內容哦~
有好的意見和想法, 歡迎通過同名公眾號"320科技工作室"與我們聯系
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
? 有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
? MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發SPPs
? 應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S. Lin, et al., "Tooth-shaped plasmonic waveguide filters with nanometeric sizes,"Opt.
展開 
OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
? 有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
? MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發SPPs
? 應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp.
展開 OptiFDTD應用：納米盤型諧振腔等離子體波導濾波器
? 有許多種類的納米波導濾波器：齒形等離子體波導[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環形諧振腔[4]。
? MIM波導中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發SPPs
? 應用正弦調制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應該足夠長，使時域內的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設計
模擬結果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S.
展開 一種新的軌道角動量天線設計
今天就給大家分享一個將軌道角動量與毫米波技術相結合的基于介質諧振器的軌道角動量天線設計，非常具有實用性。這個設計建立了天線的等效模型，推導了其輻射場的理論表達，討論了介質諧振器半徑對渦旋波電磁波模態的影響，通過仿真結果表明，該天線在波段有四個諧振點，能夠分別產生模態的渦旋電磁波。此外，該天線結構緊湊，成本低，增益良好，具有較高的天線效率，產生的各個模態的渦旋電磁波都具有良好的旋轉性，能夠獲得較強的抗干擾能力，為軌道角動量在毫米波頻段的應用提供了一定的現實意義。
天線設計
該天線設計了一種介質諧振器天線，天線結構如圖3所示，圖3(a)是天線的三維結構圖，可以看到該天線是由一個介質諧振器，一條微帶線，一層介質基板和一個接地面構成，圖3(b)是天線俯視圖。
仿真結果分析
天線的S參數能夠準確反映電磁波傳遞過程種的反射情況。如圖7所示是該天線的S參數仿真結果，可以看到，S參數有多次下降，表明這些頻率的波耦合進了諧振器當中，但并不是所有都是OAM模式。在28GHz~36GHz之間，該天線產生了4個諧振點，能夠產生的OAM模態。分別是：在29.6GHz處產生的OAM模態，在30.6GHz處產生的OAM模態，在32.2GHz處產生的OAM模態，在35.1GHz處產生的OAM模態。圖8是該天線電壓駐波比的仿真結果，可以看到在四個諧振點處的VSWR幾乎達到1，在天線的工作頻段28GHz~36GHz之間匹配良好。
由圖9（左側）可以看出，該天線生成的4種OAM波束，空間螺旋相位波前結構清晰可見，符合OAM渦旋電磁波的螺旋相位結構特征，并且相位沒有產生畸變，說明該天線產生的OAM無線電波具有較好的抗干擾性。
圖9（右側）是OAM的４個模態在觀測平面上的振幅分布的波前。
展開 LLC 半橋諧振電路仿真分析
功率諧振變換器以諧振電路為基本的變換單元，利用諧振時電流或電壓周期性的過零，從而使開關器件在零電壓或零電流條件下開通或關斷，以實現軟開關，達到降低開關損耗的目的，進一步提高效率，因此得到了重視和研究。諧振網絡通常由多個無源電感或電容組成，由于元件個數和連接方式上的差異，按不同諧振方式可分為串聯諧振變換器、并聯諧振變換器以及兩者結合產生的串并聯諧振變換器。
為了解決傳統諧振變換器的局限性，提出了 LLC 諧振變換器，因為它優于常規串聯諧振變換器和并聯諧振變換器，在負載和輸入變化較大時,頻率變化仍很小，且全負載范圍內切換可實現零電壓轉換 (ZVS)。LLC 諧振變換器理論上可實現初級開關管零電壓開通（ZVS），且關斷電流也較小，次級整流管可實現零電流開斷（ZCS），既有串聯諧振變換器諧振槽路電流隨負載輕重而變化、輕載效率較高的優點，又有并聯諧振變換器在空載下也能穩定工作的優勢。
主要特點：多諧振頻率：fr1 和 fr2
變頻控制 PFM
固定 50% 占空比
開關管 ZVS 開通
當開關頻率 fsw 等于諧振頻率時，諧振電流波形為正弦波：關斷損耗小，EMI 小
兩個次級整流管的電壓應力和電流應力相等：ZCS，沒有反向恢復損耗。沒有輸出扼流圈，節省成本集成式變壓器
效率可高達 96% 以上
本文以一個典型的 120W LLC 半橋
諧振變換器為例，通過 SIMPLIS 仿真分析其電路特性。
典型電路：
此電路是一個典型 LLC 半橋諧振電路，開環控制，輸入電壓 380V，輸出功率 120W，輸出電壓 24V，匝比 7.5：1：
1，開關頻率 fsw=85kHz。
展開 