超快光學(xué)仿真的案例
具有超快光學(xué)調(diào)制的被動輻射冷卻智能窗
目前，超材料、無機(jī)多層結(jié)構(gòu)、納米粒子嵌入結(jié)構(gòu)、多孔聚合物薄膜等均被設(shè)計(jì)用于PRC領(lǐng)域，并且獲得了高效的PRC效率。為了應(yīng)對多變的天氣，制冷效率的動態(tài)調(diào)節(jié)顯得尤為重要，但目前僅有少數(shù)能夠通過溫度或液體浸潤來實(shí)現(xiàn)PRC效率調(diào)節(jié)的相關(guān)報道。然而，這些動態(tài)PRC材料的響應(yīng)性因素在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中具有不可預(yù)測性以及不穩(wěn)定性，且切換速度非常有限。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，實(shí)現(xiàn)PRC材料冷卻效率的超快和穩(wěn)定按需控制是極其必要的，但具有挑戰(zhàn)性。
聚合物分散液晶(PDLC)內(nèi)部呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，通過電場能夠?qū)σ壕⒌闻c聚合物基質(zhì)間的折射率匹配性進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)薄膜光學(xué)性能變化。由于制備簡單且成本低，PDLC在動態(tài)光學(xué)調(diào)節(jié)窗、建筑墻壁、投影屏幕等方面得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)際上，PDLC的聚合物基體在紅外區(qū)域具有特殊的化學(xué)鍵振動，有望在大氣窗口范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的紅外熱發(fā)射，這在過去的研究中顯然被忽視了，有待于進(jìn)一步的探索。
中國PDLC薄膜的工作原理示意圖
02
成果掠影
近日，北京大學(xué)楊槐教授與湘潭大學(xué)謝鶴樓教授合作，通過分子設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)的PDLC基體中引入具有中紅外發(fā)射能力的可聚合單體并調(diào)控基體的微觀結(jié)構(gòu)，首次提出了一種電控PRC智能窗，在單一薄膜中同時實(shí)現(xiàn)了被動輻射冷卻和太陽光調(diào)制。通過給定電壓控制入射太陽光的總量，以毫秒級的響應(yīng)能力實(shí)現(xiàn)了熱量的按需多級管理 。該工作有望為先進(jìn)光學(xué)器件和節(jié)能設(shè)備的設(shè)計(jì)提供新的啟示。
展開 光學(xué)設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)：Lumerical大尺寸超透鏡的光線追跡仿真
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聯(lián)系人：光研科技南京有限公司 徐保平
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將超透鏡建模集成到多尺度光學(xué)系統(tǒng)仿真中（Frank Wyrowski教授）
除了理論概念的探討之外，本文章還將包含多個仿真和設(shè)計(jì)示例。在結(jié)束這段介紹時，我們希望強(qiáng)調(diào)，LightTrans International 在平面透鏡（包括超透鏡（metalenses））的重要性問題上保持中立立場。我們的使命是為您提供強(qiáng)大的軟件工具，使您能夠在工作中探索平面透鏡技術(shù)的意義和應(yīng)用。
圖1：幻燈片#6
第二章
多尺度的光學(xué)仿真
幻燈片 #9–10
超表面（Metasurfaces）利用具有高折射率的納米結(jié)構(gòu)（通常稱為meta-atoms或者metacells），排列在折射率較低的基底上。這一方法早已被提出 [2]，但近年來再次引起廣泛關(guān)注 [3]。如果希望對該領(lǐng)域有初步深入的了解，建議閱讀 Lalanne 和 Chavel 撰寫的綜述文章 [4]。此外，還推薦 Yang Fan 等人 撰寫的教程 [6]，其中包含大量補(bǔ)充參考資料。
幻燈片 #11–12
由于超表面（metasurfaces）由納米結(jié)構(gòu)組成，顯然幾何光學(xué)方法并不適用。相反，必須采用基于麥克斯韋方程組（Maxwell’s equations）的電磁場理論，即通常所稱的物理光學(xué)（physical optics）。因此，在透鏡系統(tǒng)中整合超透鏡（metalenses）或其他平面透鏡，與傳統(tǒng)透鏡曲面及其他光學(xué)元件結(jié)合，會形成一個多尺度系統(tǒng)（multiscale system）。這就需要一種跨尺度的光學(xué)建模方法，通常稱為多尺度光學(xué)仿真（multiscale optical simulation）。簡單來說，必須強(qiáng)調(diào)的是：多尺度仿真無法僅通過數(shù)據(jù)接口將多個光學(xué)軟件工具連接在一起實(shí)現(xiàn)。相反，它需要一個全面的策略，基于高階物理光學(xué)理論，為光學(xué)軟件提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。對不同尺度的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模，需要在統(tǒng)一的物理光學(xué)框架內(nèi)集成多種不同的仿真模型。
展開 光 · 學(xué)堂 | VirtualLab Fusion微納光學(xué)設(shè)計(jì)|光柵與超表面建模及仿真（深圳場）2026/5/28-5/29
授課時間：：2026/5/28（四）-5/29（五）（各城市并行開課）
課程時數(shù)：2天/城市
授課地點(diǎn)：深圳市光明區(qū)鳳凰街道尚智科技園1棟B座1503
課程講師：訊技光電工程師隊(duì)
課程費(fèi)用：3600RMB/1人次
(課程包含課程材料費(fèi)、開票稅金、午餐費(fèi))
課程簡介
Course Introduction
光柵是現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中最為常用的一種衍射光學(xué)元件。隨著制作工藝的不斷提升，光柵的尺寸也越做越小。相應(yīng)地，光柵分析必須使用基于矢量電磁場原理的方法。本課程使用光之?dāng)?shù)字模型平臺VirtualLab Fusion，介紹如何使用傅里葉模態(tài)法對光柵進(jìn)行嚴(yán)格精確的仿真。課程涵蓋的光柵示例既有表面型光柵，也有全息型體光柵，例如傾斜光柵、閃耀光柵、用于光學(xué)超透鏡的Nanopillar結(jié)構(gòu)等。此外還會介紹超表面的設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化和大角度超光柵仿真。該課程無需軟件基礎(chǔ)。
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