超表面器件的案例
AI賦能超表面設計 | 突破光學設計局限
隨著超表面逐漸走向產業化，縮小仿真與制造之間的性能差距成為關鍵。借助深度學習，我們可以在充分考慮制造公差的前提下對超表面進行設計與分析。
AI與超表面制造案例（來自原文）
針對最常見的幾何形狀變形和設計布局偏差，研究人員基于深度學習開發了超表面性能預測系統，該系統能夠評估透過率和衍射效率隨結構變化的趨勢，進而找到對變化不敏感的結構（類似于傳統光學設計中 “公差靈敏度” 低的結構）。此外，還可以基于卷積神經網絡（CNN），篩選出適宜加工的超表面單元。
對于傳統光刻工藝而言，光學鄰近效應校正（OPC）本身就是改善設計偏差的重要環節。人工智能能夠提供更準確的掩膜圖案，從而實現對復雜超表面單元結構的精準投影曝光，降低特征尺寸（CD）的變化率，提高超表面器件的效率。
AI 提升超表面圖像輸出質量
人工智能與深度學習技術在圖像后處理領域應用廣泛，例如在智能手機中，通過合并多張圖像來提高圖像質量。對于超表面來說，類似的計算處理后端同樣能夠提升輸出的圖像質量，甚至可以改善其固有的性能限制。
完全依靠特定的結構設計來消除超表面在較大視場和較小 F 數成像時的色差，存在較大難度，而通過深度神經網絡（DNN）的計算后處理，則能依據超透鏡獲取的圖像得到高質量的彩色圖像。也就是說，我們先 “預知” 超表面的像差，在此基礎上，再借助人工智能來 “推算” 真實的圖像。
AI與圖像后處理案例（來自原文）
OAS 光學軟件的超表面設計功能非常便捷，該功能將構建更為高效、精準的超表面設計流程，進一步推動光學領域的發展。OAS 光學軟件已在超表面設計中展現卓越效能，為科研人員和工程師提供技術保障。
展開 激光空間相干性調控 | 超表面全息偽影抑制的新策略
抑制時間相關性（引入多波長）的效果（來自原文）
04/研究意義與應用前景
本文提出的激光空間相干性調控技術，相當于為超表面全息技術配備了一位“精準燈光師”——無需像傳統方法那樣費力修補超表面的制備瑕疵（類似“后期修圖”），而是通過巧妙調控照明光的空間相干性，從根源上讓瑕疵“不可見”，大幅降低了超表面全息的應用門檻。
研究團隊認為，該技術有望推動超表面全息早日走出實驗室，助力緊湊、高效、高性能的超表面器件在AR/VR顯示、安全加密、信息存儲等面向未來的領域實現實際應用，為相關領域的技術突破提供重要支撐。
展開 [VirtualLab] 超透鏡與超表面全息
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統鏡片，因為必須考慮到納米級構件的特性。
VirtualLab Fusion的優勢
? 統一的平臺：具有將納米級構建模塊和大尺寸復合透鏡/表面作為整體的求解器
? 從Zemax中導入功能型設計，或通過公式直接定義
? 內置了嚴格的傅里葉模態法（FMM），也稱為嚴格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
? 應用便捷的圖形用戶界面來設置納米構建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
? 查找表的概念將嚴格的構建模塊分析結果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯系
超透鏡
? 超透鏡的功能特性可以通過多項式系數來具體表示，比如從Zemax中導入。
? 仿真可以在不同的層面上進行：可以基于理想模型進行仿真，也可以直接結合納米構建模塊特性進行仿真。
? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統中。
超全息圖
? 傳統的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
? 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構建模塊的超表面來實現。
? 使用超表面構建模塊，可以以一種直接的方式設計高數值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構建模塊
? Nanofin結構的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過單個Nanofin的旋轉來實現的。
展開 VirtualLab：超透鏡與超表面全息
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統鏡片，因為必須考慮到納米級構件的特性。
VirtualLab Fusion的優勢
□ 統一的平臺：具有將納米級構建模塊和大尺寸復合透鏡/表面作為整體的求解器
□ 從Zemax中導入功能型設計，或通過公式直接定義
□ 內置了嚴格的傅里葉模態法（FMM），也稱為嚴格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
□ 應用便捷的圖形用戶界面來設置納米構建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
□ 查找表的概念將嚴格的構建模塊分析結果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯系
超透鏡
□ 超透鏡的功能特性可以通過多項式系數來具體表示，比如從Zemax中導入。
□ 仿真可以在不同的層面上進行：可以基于理想模型進行仿真，也可以直接結合納米構建模塊特性進行仿真。
□ 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統中。
超全息圖
□ 傳統的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
□ 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構建模塊的超表面來實現。
□ 使用超表面構建模塊，可以以一種直接的方式設計高數值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構建模塊
□ Nanofin結構的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過單個Nanofin的旋轉來實現的。
□ 為了實現其作為半波片的功能，必須仔細優化Nanofin的結構參數。
□ 由于雙折射特性，以Nanofin為構建模塊的超透鏡具有偏振敏感性。
納米柱（Nanopillar）構建模塊
□ 由高折射率材料制成的旋轉對稱Nanopillar是另一種常見的超表面構建模塊。
展開 
超透鏡與超表面全息
超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學上聲名鵲起，如今它們的制造已經變得可行。但它們的設計難度遠遠超過了傳統鏡片，因為必須考慮到納米級構件的特性。
VirtualLab Fusion的優勢
? 統一的平臺：具有將納米級構建模塊和大尺寸復合透鏡/表面作為整體的求解器
? 從Zemax中導入功能型設計，或通過公式直接定義
? 內置了嚴格的傅里葉模態法（FMM），也稱為嚴格耦合波法（RCWA），包含完全矢量信息
? 應用便捷的圖形用戶界面來設置納米構建模塊，比如典型的納米片（Nanofin）和納米柱（Nanopillar）
? 查找表的概念將嚴格的構建模塊分析結果與大尺寸超透鏡/表面建模相聯系
超透鏡
? 超透鏡的功能特性可以通過多項式系數來具體表示，比如從Zemax中導入。
? 仿真可以在不同的層面上進行：可以基于理想模型進行仿真，也可以直接結合納米構建模塊特性進行仿真。
? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學系統中。
超全息圖
? 傳統的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現相位輪廓，這通常只適用于近軸情況。
? 這種相位輪廓也可以通過具有空間變化的納米尺度構建模塊的超表面來實現。
? 使用超表面構建模塊，可以以一種直接的方式設計高數值孔徑全息圖。
納米片（Nanofin）構建模塊
? Nanofin結構的工作原理是基于雙折射原理。它的相位操縱是通過單個Nanofin的旋轉來實現的。
? 為了實現其作為半波片的功能，必須仔細優化Nanofin的結構參數。
? 由于雙折射特性，以Nanofin為構建模塊的超透鏡具有偏振敏感性。
展開 一種具有自修復功能的兩棲超親水、超親油表面材料
超親水、超親油（即“超雙親”）表面具有自清潔、防污、抗霧、使液體迅速鋪展等功能，在日常生活、醫療、工業生產等方面有著廣泛的應用。然而，目前報道的超雙親表面只能在單一介質環境下工作。例如，在干態空氣環境中具有超雙親性質的表面材料在水中往往會表現出超疏油性質，而不是親油性。因為這些材料一旦被水潤濕，其性能主要取決于附著在表面的液態水層。相反，在水中具有親油性質的表面在干燥狀態和空氣介質中通常表現為超疏水和超親油。在空氣和水介質中均具有超雙親（即“兩棲” 超雙親）性質的表面材料報道很少，其制備一直是個挑戰性難題。
最近，澳大利亞迪肯大學（Deakin University）林童教授團隊報道了一種簡單有效的表面處理方法，可使紡織品材料表面具有穩定的“兩棲” 超雙親性質。該團隊采用一種表面涂層技術，將兩種分別帶有親水和親油官能團的化合物涂布于紡織品材料的表面，并進行交聯處理。經過處理的紡織品面料在空氣中表現為優秀的超雙親性質，對水、油和多種有機溶劑的觸角為0°。在水中或完全被水潤濕的條件下，該面料仍然可以使油和不溶性有機溶劑在表面迅速鋪展。該涂層不僅具有良好的牢度，而且可抵御酸堿侵蝕和長時間紫外照射。不僅如此，該涂層還表現出了自修復功能，在被化學侵蝕破壞后，其水下超親油性能可以通過加熱恢復到原的有功能狀態。該團隊進一步證明，這種兩棲超雙親材料在油水分離方面有很大的應用潛力。無論織物在干燥還是潤濕狀態，都表現出了穩定的吸油能力。
圖1：“兩棲”超雙親表面的處理過程及效果。
詳細結果已發表在近期的《Materials Horizons》（DOI: 10.1039/C8MH00898A）。文章共同第一作者為博士生符思達和周華博士，通訊作者為王紅霞博士和林童教授。
來源：高分子科學前沿
展開 超詳細的電子元器件基礎知識大全
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展開 超表面空間板的建模
最近在這一領域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實際厚度長得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時實現聚焦(不改變NA)。在這個例子中，我們展示了由Orad Reshef等人提出的多層超材料的空間板的特性，并研究了其在光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion中的行為。
3d光學輪廓儀應用于測量超光滑透明微光學器件
微光學器件是光學器件的重要分支，為光學通信、光傳感、光計算等領域的發展提供重要支撐。微光學器件具有尺寸小、功耗低、低成本等優勢，可以于電子器件集成，實現更高效的數據傳輸和信號處理。未來，隨著微納加工技術的進一步發展，微光學器件的功能將繼續擴展，應用范圍將進一步拓寬。同時，微光學器件也面臨著制備工藝、材料性能、器件可靠性等方面的挑戰，需要進一步的研究和改進。
微光學器件是指尺寸在微米到毫米級別的光學元件，其尺寸比傳統光學器件小很多。微光學器件利用了微納加工技術，將光學器件的功能集成到微米尺寸的芯片中，具有小型化、集成化、高效率、低成本等特點。微光學器件同時具備納米尺度的輪廓起伏變化和超光滑且透明的特點，該特點導致的測量需求，3d光學輪廓儀(白光干涉儀)能滿足。
3d光學輪廓儀通過利用白光的干涉和衍射現象，能夠對微小的表面高度差異進行精確測量，并得出精準的尺寸和形態數據。
對于超光滑透明微光學器件的測量來說，3d光學輪廓儀不僅具備高精度和高分辨率的特點，還能夠快速、無損地獲得物體的三維形貌信息，所以白光干涉儀有以下幾個重要的特點和優勢：
1、高精度：3d光學輪廓儀能夠實現納米級別的測量精度，可以準確檢測器件表面的微小高度差異。這對于一些要求非常高的器件尺寸和形貌測量非常重要。
2、高分辨率：3d光學輪廓儀具有很高的空間分辨率，可以捕捉到微小的表面變化。它可以清晰地顯示出微光學器件表面的各種細微紋理和形貌特征，為后續的分析和優化提供了有力的支持。
3、快速非接觸：與傳統的測量方法相比，3d光學輪廓儀無需直接接觸被測對象，避免了對器件的破壞和變形。同時，它的測量速度很快，可以在短時間內完成大量數據的采集和分析。
展開 10，comsol超表面-仿真石墨烯 ￥2395
此時可以選擇舍棄求相對介電常數，直接在comsol中設置石墨烯為表面電流密度，在這個設置中就只需要用到石墨烯的電導率，不需要石墨烯的厚度參數。
比如下面這篇文章《All-Optical AND, OR, and XOR Logic Gates Based on Coherent Perfect Absorption in Graphene-Based Metasurface at Terahertz Region》
基于石墨烯超表面相干完全吸收的全光與或或異或邏輯門.pdf
下面是我重復的結果展示（盡管文章給了石墨烯厚度，但沒給出從電導率到相對介電常數的公式，所以我把石墨烯處理成表面電流邊界條件）
粗看仿真結果一樣，細看就會發現有點不同。原因源自兩方面，1，作者用的FDTD，我用的comsol。2，為了節省時間，網格并沒有畫的很密。
本文的仿真難點
復現該文的難點在于，如下圖，有兩束光照射到超材料上，求SiO2表面上的石墨烯的吸收率。如何在comsol中設置兩束光，同時設置兩束光后，是用S參數去求吸收率嗎？可以去試試S參數求吸收率，看看會得到什么。如果不能用S參數求，那該怎么求吸收率？答案在下面的模型中
下面是付費內容，包含模型如下
展開 4，comsol超表面-偏振轉換 ￥2349
本文復現了超表面中偏振轉換型超表面，參考的文獻是《一種超寬帶反射型極化轉換超表面設計》-于惠存，
一種超寬帶反射型極化轉換超表面設計_于惠存.pdf
具體模型如下
在介質板上面鋪有H型金屬片，在介質板下方有一整塊金屬將電磁波完全反射。左旋圓偏光入射到該超表面上，反射光為右旋圓偏光。實現對反射光的一種偏振轉換。
我復現的內容如下
1，x偏振波垂直入射時，仿真了反射波中x偏振分量與y偏振分量的反射系數
2，x極化波入射時，反射波中x分量與y分量的相位差。這里除了comsol，還需要用到matlab才能復現出下圖。具體的matlab代碼及操作步驟在下方的付費內容里有。
3，x極化波入射時，反射波的橢圓角，因為反射波既有x分量，又有y分量，所以反射波是個橢圓波，該橢圓的橢圓角=短半軸/上長半軸，計算橢圓角需要用到matlab。論文給出了橢圓角的計算公式如下
4，x極化波入射角改變時，反射波的橢圓角如下
可以看到我的結果與論文有點不同，這是因為作者用的是CST仿真的，而我用的是comsol。
5，不再是x極化波入射，而是與y軸和x軸有一定夾角的u波v波入射，得到反射波中u波和v波的反射系數ruu,rvu,rvv,rvu及反射系數的相位差如下。
下面是付費內容，包含comsol模型（5.6版）和matlab代碼（2018版）。并有一份ppt詳細介紹了如何將comsol算出的結果導入到matlab中繪制出論文的圖。
展開 
ESD增強型器件推動超高頻放大器在汽車電子中的應用
汽車制造業在超高頻(UHF)頻段的應用要求晶體管不但具有良好的射頻性能，還要很好魯棒性。英飛凌公司生產的BFP460正是一款對應于這種應用的通用的晶體管，它是靜電釋放(ESD)增強型器件。它受益于具有23GHz轉換頻率的雙極硅加工技術，能夠安全地承受任意一對引腳間1500V的ESD脈沖。
這種新型器件的有效性將在一種超高頻低噪聲放大器LNA中得以展示，這種放大器對在汽車制造業中使用非常理想。
現在各種各樣的汽車系統都利用了RF技術，包括無鍵遙控輸入(RKE)、GPS、衛星數字式聲頻無線電服務(SDARS)和輪胎壓力監控系統(TPMS)。這些系統中的每一個都要求射頻模塊具有成本低、耐用度/強度高的優良性能(表1)。
由于RF器件按照越小的尺寸為越高的頻率所使用的這一規定，所以當擊穿電壓下降(從典型值50 V 到3 V左右)的時候，它們有呈現出更高的電流密度(在一個典型的晶體管的工作點上大約3mA/μm2或300,000A/cm2)的趨勢。
擊穿電壓和最適宜的電流密度是由集電極的厚度和所摻雜質決定的。對于一個高轉換頻率，集電極必須要薄。為了得到高增益，所有內部寄生電容必須要小，這是橫向尺寸規格縮小的推動因素，但是同時也使晶體管的ESD更容易損壞。
嚴格的晶體管ESD損壞機制研究表明在器件ESD的強度上仍有提升的空間。分立的BFP460晶體管加入了一些這樣的研究結果，目的是承受當達到23 GHz的截止頻率時1500V的人體模型(HBM)脈沖，在1.8 GHz時有17.5 dB的最大穩定增益和1.1 dB的最小噪聲數字。
最廣泛被使用的ESD 測試標準是HBM，詳見MIL STD 883D 。在這個標準中，一個100pF的電容被參考電壓VREF充電。
展開 Lumerical FDTD&MODE一對一線上直播培訓(超材料板塊和波導光子器件)
此次課程主要包括兩大板塊(二選一)：入門+超材料板塊；入門+波導光子器件板塊。
二 培訓方式
本次培訓全程線上授課, 采用一對一或者一對多方式進行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術交流，
學員需要自行準備電腦。
三 培訓對象
研究方向為超材料仿真或者波導光子器件的研究人員
四、培訓內容
（1）入門板塊
主要通過一個簡單的實例對FDTD的界面和操作流程進行介紹，并對涉及其中的材料庫、結構組、光源和監視器等進行相關說明和解釋，最后將以簡單的案例出發對腳本建模進行簡要的展示和說明。
一種超材料的電場圖
（2）超材料板塊
該板塊主要以案例為主，分別對多個論文中的超材料吸波體、可調超材料以及超透鏡進行復現和說明。在本板塊將對所有結構進行參數化建模，并對輸出曲線進行相關處理，此外還包括超透鏡的計算和整體3D建模，實現一鍵式腳本建模方法。
超透鏡的腳本建模過程圖
偏振分束聚焦超透鏡電場圖
（3）波導光子器件板塊
該板塊從MODE軟件出發，通過其中的FDE、EME以及varFDTD板塊對簡單波導、邊緣耦合器、光柵耦合器、Y型分束器、諧振環等光子無源器件進行建模和相關的論文案例復現。此外，還將通過FDTD軟件對上述器件進行建模與驗證，并對當下火熱的SWG波導器件進行演示和復現。
圖 SWG寬帶耦合器
圖 SWG分束器
更多案例介紹請聯系我們獲取.
五 時間及費用
1. 教學費用：根據每次培訓的人數定價,具體聯系客服獲取當前期培訓價格.
2. 付款方式：微信，支付寶，對公轉賬等
3. 發票信息：可出具正式發票（普票）
4.
展開 JCMsuite應用：介質超表面的仿真
這是一個簡單但常見的超原子結構的案例：襯底上包含一個納米圓盤的雙重周期方形晶格。示例和參數均取自Berzins等的文章[1]，單元格在X和Y方向上均是周期性的。它包含一個位于基板上的圓盤(或圓柱體)，被背景材料包圍。本案例中的材料根據參考文獻選擇為硅(圓盤)、玻璃(襯底)和空氣(背景)。
線偏振平面波s偏光和p偏光從上方入射到光柵，用JCMsuite計算近場分布。
下圖所示為垂直入射平面波的波長為550nm時所顯示的近場和強度分布：
散射體外的場矢量和強度分布
兩個平面上的p偏光的場矢量以幾何形式疊加
后處理傅里葉變換(Fourier Transform)計算透射衍射階的振幅。后處理散射矩陣(Scattering Matrix）從傅里葉變換(Fourier Transform)中得到的平面波分解從而計算散射量。
光譜特性
在參考文獻 [1]中，對透射光譜進行了調整以提供顏色過濾。腳本data_analysis/run_scan_illumination.py的目的是重現文章中圖1的光譜圖。
相位分布
要改變透射波前的形狀，需要控制其相應的相位。對于一個給定的結構，我們從瓊斯矩陣中得到這個相位，這個矩陣是由后處理散射矩陣(ScatteringMatrix.)計算出來的。這為任意兩個線性獨立入射場的透射階的p和s偏振分量產生了一個復透射系數。它的相位是透射波相對于入射波的相移。雖然絕對相位很少引起人們的興趣，但它對原子參數和入射光的變化關系通常是令人感興趣的。
展開 南工IAM黃維院士、于海東教授、呂剛教授《Nano Energy》：在日常用品表面集成多種功能的柔性智能電子器件
研制在聚合物等功能材料表面集成多種功能的柔性智能電子器件正成為新興電子產業的一種發展趨勢，可以將多種功能集成在一種可穿戴器件上，能夠實現日常生活的多種智能應用，在人類健康和人體活動監測等方面具有廣闊的應用前景。但是，讓一種器件具有多種智能顯然具有很大的挑戰，僅僅器件的制備流程就比較復雜。因此，如何研發簡便的制備方法，確保日常生活用品能夠承擔多種新功能就變得越來越重要，將對可穿戴柔性智能電子器件的發展產生深遠的影響。
近期，南京工業大學先進材料研究院的黃維院士、于海東教授和呂剛教授團隊開發了一種電子智能創可貼，通過簡單地將銀納米線網絡和聚四氟乙烯/聚二甲基硅氧烷混合物涂覆在傳統的創可貼表面，可以賦予傳統創可貼多種新的功能。制備的智能創可貼能夠表現出卓越的摩擦電特性和優異的應變傳感特性。這種創可貼不僅可以像傳統創可貼一樣用來療養傷口，還可以實現自供電的活動傳感和人機互動交流，為研發多功能傳感器件提供了一種廉價、方便和高效的方案，為可穿戴柔性智能電子器件的創新性發展開辟出廣闊發展空間。這項研究工作以“Smart band-aid: Multifunctional and wearable electronic device for self-powered motion monitoring and human-machine interaction”為題發表在期刊《Nano Energy》上。（DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106840）
圖 1. 電子智能創可貼的設計和柔性的展示。
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