多層膜仿真的案例
領先的光子學仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：分析多層膜的優秀仿真工具
Ansys Lumerical是業界領先的光子學仿真工具，其擁有完整的光子學仿真解決方案，支持全套光子 學器件級和系統級仿真。 器件和系統級工具無縫協作，讓設計人員能夠對相互作用的光學、 電氣和熱效應進行建模仿真。
產品之間靈活的互操作性支持將多物理場仿真和光子電路仿真與第三方EDA 工具相結合的各種工作流程， 以幫助優化產品性能、 大限度地降低物理原型制作成本并縮短產品上市時間。
STACK是分析多層膜的最佳仿真工具，和求解麥克斯韋方程相比能迅速仿真如抗反射膜、OLED、VCSEL等組件的光學特性。能精準描述多層膜的波動光學特性，如干涉以及微腔效應，并支持平面波和偶極子光源。STACK支持腳本運算，通過API能和Python或Matlab互操作。
規格概要
· 支持平面波和偶極子
· 支持大面積多層膜設計
· 考慮微腔和干涉效應
STACK的主要應用
· OLED
· VCSEL
· 抗反射膜
．微腔
· 多層薄膜
主要特點
STACK分析求解器
STACK求解器比直接仿真Maxwell方程的速度更快。它適用千薄膜應用的快速原型設計，并且可使用平面波和偶極 子光源照明。求解器考慮干涉和微腔效應。
通過腳本進行互操作
通過Lumerical腳本語言、自動化API以及Python和 MATLABAPI實現互操作性。
展開 《Science Advances》通過多層膜陶瓷提高MAX相材料輻照穩定性！
目前一種被證明可用于制備抗輻照金屬材料的策略是制備金屬多層膜，因為這會產生高密度的界面，而界面可以吸收材料缺陷，導致輻照損傷的恢復和復合。此外，這些界面還可以通過設計提高材料的強度、韌性和抗氧化性，從而對材料性能發揮重要作用。
現在，威斯康星大學麥迪遜分校的科學家們將類似的策略應用于一類基于 MAX 相材料、SiC和TiC的抗輻照陶瓷多層膜材料，他們仔細研究了這種多層陶瓷在各個界面上發生的過程，借此提出了增強該材料輻照穩定性的方法。這項工作為創造新型層狀陶瓷打開了大門，這類陶瓷多層膜材料可用作核反應堆的結構和涂層材料等強輻照環境之中。該研究以Enhancing the phase stability of ceramics under radiation via multilayer engineering為題發表在2021年6月的《Science Advances》雜志上。
論文鏈接：
http://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabg7678
“陶瓷通常具有良好的耐腐蝕性和高溫穩定性，因此它們在核應用中可以發揮特殊作用，”威斯康星大學麥迪遜分校材料科學與工程教授 Izabela Szlufarska 說。“多層膜的方法在金屬系統中是成功的。但是陶瓷的行為與金屬截然不同。問題之一是界面是否對陶瓷有益，因為這些材料中的缺陷行為更為復雜。此外，陶瓷通常由彼此截然不同的元素組成，這些元素中的每一個都可能與界面發生不同的相互作用，從而導致對輻照的復雜反應。”
展開 PRL:：PbTiO3/SrTiO3多層膜中不同偶極構型的拓撲缺陷研究
【成果簡介】
西安交通大學賈春林和美國阿肯色大學Laurent Bellaiche等人報道了PTO/STO外延多層膜中電偶極子獨特構型的拓撲缺陷。他們通過定量高分辨率掃描透射電子顯微學技術，基于原子分辨率高角度環形暗場（HAADF）圖像確定了原子位置，從而在多層PbTiO3/SrTiO3膜的PbTiO3層中揭示了納米電拓撲缺陷的新穎結構，包括電偶極子波，偶極子向錯和其他電拓撲缺陷。這些拓撲缺陷結構也通過原子尺度數值模擬來重現，證實并解釋了這些電拓撲缺陷的存在和性質。該研究發表于Physical Review Letters，題為“Topological Defects with Distinct Dipole Configurations in PbTiO3/SrTiO3 Multilayer Films”，第一作者為西安交通大學路璐。
【圖文導讀】
圖1.HAADF圖像與晶胞偶極子的矢量圖
（a）STO基底上超晶格膜的[100] HAADF圖像。插圖顯示了界面的放大部分和原子細節。
（b）由（a）中顯示的圖像確定的晶胞偶極子的矢量圖，揭示了具有明顯模量值的偶極子出現在PTO層（黃色區域）中。藍色半圓表示偶極子的相似排列構型。紅色框標記具有特殊偶極子排列構型的位置，這些構型被放大并示于圖2和圖3中。
圖2. A/B局域放大圖與數值模擬
（a）圖1（b）中A部分的放大圖，示出了具有雙曲線形狀（粉紅-綠色區域）的極化域和具有特征為外流漩渦（紅色彎曲箭頭）的偶極子渦流。紅色的橢圓表示一個閉合小渦流，其中面內偶極矩相對較小。（b）圖1（b）中B部分的放大圖，展示出PTO膜層中的偶極子波的細節。藍色的小圓圈表示與偶極子波相關的氣泡。（c）PTO薄膜在-0.6％壓縮應變下，數值模擬平衡偶極子波顯示出與（b）中實驗觀察的一致性。
圖3.
展開 漸變振動載荷作用的多層多框架梁結構仿真分析
1問題引出
在工程應用中，建筑材料多是以單層單一框架復合的多層多框架結構，因此僅僅針對單一框架進行受力分析并不能得到與實際情況相匹配的結果，那么針對多層多框架結果的受力分析就顯得尤為必要。
2問題描述
文中主要模擬在水平載荷作用下多層多框架結構的受力狀況，具體框架尺寸如圖1所示，圖中A點為水平載荷受力點，框架使用的材料為鋼鐵材質，材料參數特性如表1所示。
圖1 框架模型及相關尺寸
表1鋼鐵材料相關特性
彈性模量E
泊松比μ
屈服強度fy
2.1e11N/m2
0.3
3.45e8N/m2
3仿真平臺
本文所有仿真試驗均在Abaqus有限元軟件上進行，仿真基于艮泰計算機系統，cpu48核，memory128G；后續的后處理數據通過Origin完成。
4有限元建模
與ansys不同，abaqus進行結構力學仿真基于模塊化操作，因此用戶體驗更加友好，遵循有限元分析的流程：前處理、求解、后處理，具體在abaqus中來看，主要的操作步驟有：在abaqus/module中創建part，按照圖一說給尺寸繪制草圖，這一點類似于在ansys/DM中的sktech草圖繪制操作，這里一定要注意在定義部件的時候，使用類型將默認的solid更改為wire，不然系統會提示出錯。生成的幾何模型如圖2所示。創建模型之后進行材料創建及截面屬性賦予，除去鋼鐵材料屬性輸入表1中的基本材料參數，對于梁結構參數需要額外定義如圖3所示。最后還應當注意在使用梁截面形狀創建梁截面特性時，必須指定梁截面方向如圖4所示。
展開 
abaqus 膜式空氣彈簧仿真
想我問一下，膜式空氣彈簧在仿真的過程中如何設置接觸條件
膜式空氣彈簧的仿真模型 ￥70
空氣彈簧主要定義的幾個地方
1、空腔定義與氣體壓力
2、簾線層，簾線材料一般數據能難獲得，而且對收斂影響較大
3、充氣與壓縮過程
4、空氣彈簧剛度曲線
5、空腔體積變化與壓力變化
使用VirtualLab Fusion仿真多層雙折射反射偏振器
摘要
多層雙折射反射偏光片在液晶顯示器 (LCD) 應用中具有很大優勢。 他們可以回收背光來提高 LCD 的光學效率。 在此用例中，我們重現了文獻Li et. al. J. Display T echnol. 5, 335-340 (2009) 中的實驗，探討了 VirtualLab Fusion 中交替雙折射層的數量與布拉格反射條件之間的關系，并進一步研究了反射效率隨不同波長和入射角的變化。
任務描述
多層堆棧的建模
分層介質組件用于對多層疊層進行建模。
JCMsuite案例展示：衰減相移掩膜的仿真分析
掩模的布局是由一個描述襯底吸收層和上層的多層膜組成的。兩個平行四邊形用于定義包括移相器的開口。
掩模是在正入射的S和P偏振情況下模擬的。對于入射方向的定義，使用光瞳面的典型西格瑪坐標:
由于這個例子是所謂的一維掩模(線/空間模式)，在xy平面中有一個2D仿真域。在源文件中設置3DTo2D = yes標簽，以執行用戶自定義傳入方向的自動轉換。啟用此標記后，就可以描述傳入區域，就好像光軸與Z軸重合一樣。這允許統一設置2D和3D的掩模模擬項目。由于光線從基板下方進入，光線的傳輸方向為+Z方向。
相位分布如下圖所示:
相移區域的影響清晰可見，導致開口上方光束的180度相位差。同時光場的S和P分量也顯示出相位差:
在項目文件中，設置傅里葉變換后處理，得到掩模的透射衍射階數:
展開 TechWiz LCD 1D應用：減反射膜的仿真
最簡單的減反射膜結構是單層減反射膜，其主要是針對特定波長的減反射，主要原理是光波的干涉相消/相長。對于單層減反射膜來說，理想厚度為1/4入射光波長。在本例中，假設了一個折射率為1.5的基板，并且空氣折射率為1
1.建模任務
1.1基本結構
2.建模過程
2.1創建材料（TechWiz DB）
2.2創建堆棧結構（TechWiz LCD 1D）
3.查看結果
3.1反射率最小對應厚度為0.1127um，與理論計算結果相符
3.2可以將膜厚與膜層折射率同時作為變量考慮，可見厚度0.1127um，折射率N=1.22時，其反射率最低
3.3可以查看詳細的原始數據，確定反射率的具體數值
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展開 JCMsuite案例展示：衰減相移掩膜的仿真分析
JCMsuite案例展示
衰減相移掩膜的仿真分析
在本示例中，模擬了衰減相移掩模。 該掩模將線/空間圖案成像到光刻膠中。 掩模的單元格如下圖所示：
掩模的基板被具有兩個開口的吸收材料所覆蓋。在其中一個開口的下方，位于相移區域。
掩模的布局是由一個描述襯底吸收層和上層的多層膜組成的。兩個平行四邊形用于定義包括移相器的開口。
掩模是在正入射的S和P偏振情況下模擬的。對于入射方向的定義，使用光瞳面的典型西格瑪坐標:
由于這個例子是所謂的一維掩模(線/空間模式)，在xy平面中有一個2D仿真域。在源文件中設置3DTo2D = yes標簽，以執行用戶自定義傳入方向的自動轉換。啟用此標記后，就可以描述傳入區域，就好像光軸與Z軸重合一樣。這允許統一設置2D和3D的掩模模擬項目。由于光線從基板下方進入，光線的傳輸方向為+Z方向。
相位分布如下圖所示:
相移區域的影響清晰可見，導致開口上方光束的180度相位差。同時光場的S和P分量也顯示出相位差:
在項目文件中，設置傅里葉變換后處理，得到掩模的透射衍射階數:
展開 使用VirtualLab Fusion仿真多層雙折射反射偏振器
摘要
多層雙折射反射偏光片在液晶顯示器 (LCD) 應用中具有很大優勢。他們可以回收背光來提高 LCD 的光學效率。在此用例中，我們重現了文獻Li et. al. J. Display T echnol. 5, 335-340 (2009) 中的實驗，探討了 VirtualLab Fusion 中交替雙折射層的數量與布拉格反射條件之間的關系，并進一步研究了反射效率隨不同波長和入射角的變化。
任務描述
多層堆棧的建模
分層介質組件用于對多層疊層進行建模。
A層：雙折射單軸層（BL038）
B層：各向同性層(NOA81)
建立布拉格條件的周期層數
建立布拉格條件的周期層數
多層反射偏振器的建模
多棧方式擴展帶寬
不同入射角反射效率的研究
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion工作流程
? 設置平面波光源
– 基本光源模型 [教程視頻]
? 設置各向異性層組件
– VirtualLab Fusion 中的光學各向異性介質 [用例]
? 使用參數運行研究反射效率隨不同波長和入射角的變化
文件信息
更多閱覽
- Polarization Conversion in Uniaxial Crystals
- Optically Anisotropic Media in VirtualLab Fusion
- Conical Refraction in Biaxial Crystals
展開 
TechWiz LCD 1D應用：減反射膜的仿真
最簡單的減反射膜結構是單層減反射膜，其主要是針對特定波長的減反射，主要原理是光波的干涉相消/相長。對于單層減反射膜來說，理想厚度為1/4入射光波長。在本例中，假設了一個折射率為1.5的基板，并且空氣折射率為1
1. 建模任務
1.1基本結構
2. 建模過程
2.1創建材料（TechWiz DB）
2.2創建堆棧結構（TechWiz LCD 1D）
3.查看結果
3.1反射率最小對應厚度為0.1127um，與理論計算結果相符
3.2可以將膜厚與膜層折射率同時作為變量考慮，可見厚度0.1127um，折射率N=1.22時，其反射率最低
3.3可以查看詳細的原始數據，確定反射率的具體數值
展開 TechWiz LCD 1D應用案例：高延遲膜（彩虹mura仿真）
造成mura現象的原因有很多種，本案例仿真一種彩虹紋，在常規四疇VA結構下加入高延遲膜后，模擬其彩虹mura的現象。
1.建模任務
1.1堆棧結構
2.建模過程
2.1創建材料
2.2創建堆棧結構
3.查看結果
3.1色度圖（各點代表不同θ和Φ角取值）
3.2基于高延遲膜下的彩虹mura仿真結果
TechWiz LCD 1D應用：高延遲膜（彩虹mura仿真）
造成mura現象的原因有很多種，本案例使用TechWiz LCD 1D仿真一種彩虹紋，在常規四疇VA結構下加入高延遲膜后，模擬其彩虹mura的現象。
1. 建模任務
1.1堆棧結構
2. 建模過程
2.1創建材料
2.2創建堆棧結構
3. 查看結果
3.1色度圖（各點代表不同θ和Φ角取值）
3.2基于高延遲膜下的彩虹mura仿真結果
TechWiz LCD 1D應用：高延遲膜（彩虹mura仿真）
造成mura現象的原因有很多種，本案例使用TechWiz LCD 1D仿真一種彩虹紋，在常規四疇VA結構下加入高延遲膜后，模擬其彩虹mura的現象。
1. 建模任務
1.1堆棧結構
2. 建模過程
2.1創建材料
2.2創建堆棧結構
3. 查看結果
3.1色度圖（各點代表不同θ和Φ角取值）
3.2基于高延遲膜下的彩虹mura仿真結果
