微納結構仿真的案例
基于COMSOL計算微納結構中的多級散射
多級散射是量化分析共振模式的一個常用手段，通過計算不同偶極子散射的能量可以很好地研究微納結構的輻射特性，例如Anapole由于ED和TD模式干涉相消表現為非輻射模式，TD環偶極子通常表現出高Q特性等等。通過復現一篇題為“Symmetric metasurface with dual band polarization-independent high-Q resonances governed by symmetry-protected BIC”的文章來展示準BIC的形成機制。
結構是由全介質構成的四聚體超表面，如下圖所示。當打破結構對稱性后會產生一個高Q的準BIC，反射譜上表現為一個尖銳的Fano共振。我們關注第一個共振模式。
圖1：四聚體超表面
圖2：透射譜以及Fano擬合
第一個共振模式是一個磁偶極子模式，簡稱MD，文中進行了多級散射展開，MD的分量占主導，從場分布中也可以看到一個明顯的磁偶極子模式，如下圖所示。
圖3：文中共振模式1的多級展開和場分布
圖3：周期性邊界條件設置
在COMSOL中選擇波長域進行仿真，材料設為硅，折射率為3.42。上下添加完美匹配層，x和y方向采用周期性邊界條件，如下圖所示。并且在上表面添加入射端口，由于文章是TM波入射，因此，電場沿x方向，端口具體設置如下。
圖4：建模以及邊界條件設置
圖5：入射端口設置
在結構上添加積分算子方便進一步計算不同偶極矩對散射能量具體計算公式可參考呢文中補充材料，不同文獻公式會略有不同，但大同小異，不影響定性分析。
展開 領先的光子學仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：微納光子器件仿真的標準工具
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、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產品上市時間。
Ansys Lumerical FDTD是業界公認的微納光子器件仿真的標準工具。
這款高性能二維／三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長結構與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應用千微納光電子器件、工藝以及材料的設計、分析和優化。
FDTD的集成設計環境支持腳本語言操作、高級后處理和結構優化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設計要求。
規格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級共形網格技術
靈活的材料插件
支持隨空間變化的各向異性材料
全矢量自定義和高數值孔徑的寬譜高斯光源
遠場分析
Q因子分析
自動提取S參數
能帶結構分析
腳本和優化程序
支持云計算和HPC高性能并行計算
主要特點
光子器件逆向設計優化
針對目標自動化探索最佳設計與結構；找出性能優化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強大的后處理
強大的后處理功能，包括遠場分析，能帶結構分析，雙向散射分布函數(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產生率。
非線性與各向異性材料
對含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進行彷真。可以選擇各種非線性、負折射率和增益的材料模型，或者使用靈活的材料插件自行定義新材料模型。
展開 中紅外復合網柵減反射微納結構表面研究
[圖片]
東北師大：精細微納結構加工，相比傳統光盤存儲容量大幅提升！
精細的3D微納光學元件已經在物理、生物和化學等領域取得了廣泛應用。在均勻或非均勻介質中有效捕獲光能、并對其折射率進行精細的空間調制是發展集成化先進光子器件的重要手段。對于可發生機械形變的光活化介質，當用相干光照射時，容易在介質表面出現交替排布的膨脹和塌縮，形成3D周期性結構，即表面浮雕光柵（Surface Relief Gratings，SRGs）。基于光誘導表面浮雕技術，可以遠程、無接觸式地在特定位置實現微/納米級精細加工。通常這種復雜的表面起伏微結構可以通過光觸發的機械運動產生，但目前只能在有機活性分子體系中實現，并且空間有序的表面形變可能需要大功率或長時間刺激才能達到分子光異構和光取向的平衡狀態。
貴金屬納米顆粒（NPs）具有獨特的局域表面等離激元共振（LSPR）效應。當入射光頻率與金屬外層自由電子振蕩頻率相匹配時，金屬納米顆粒能夠高效吸收或散射外部光能，發生光化學反應、或以熱的形式釋放能量并產生“光熱效應”。
近日，東北師范大學物理學院付申成、張昕彤、劉益春研究團隊提出了一種基于等離激元驅動的光誘導質量遷移技術，在非光活性介質上實現了精細的表面形貌調制
。相關成果以“Plasmon-driven light harvesting in poly(vinyl alcohol) films for precise surface topography modulation”為題發表于《Optics Letters》 ，2021年4月6日在線出版。
展開 
[VirtualLab論文] 中紅外復合網柵減反射微納結構表面研究
[圖片]
利用簡易方法制備穩定的具有微納結構的ZIF-8高效油水分離膜
隨著仿生學的研究發展，人們從荷葉、魚鱗等自然結構中不斷受到啟發，超疏水膜，水下超疏油膜等逐步成為研究熱點。
然而，常用的有機膜在高溫環境，或者接觸各種有機溶劑后，會降低其油水分離性能，而多數無機膜的制備工藝又比較復雜。因此，如何用簡單的方法，構筑穩定的微納結構，實現高分離率和高通量性能，并可大面積制備的油水分離膜仍然是個挑戰。
基于此，吉林大學薛銘研究團隊以金屬有機骨架材料（Metal Organic Framework, MOF）這類新型晶體材料為研究對象。在常溫常壓條件下，以不銹鋼網為載體，成功地制備出ZIF-8分離膜。由于ZIF-8膜的表面具有粗糙的微納結構（圖1a?c），顯示出優異的水下超疏油性能。
圖1（a，b）ZIF-8膜的SEM圖；（c）ZIF-8膜的AFM圖；（d）生長了ZIF-8納米晶的金屬網具有水下超疏油的性質。
在水中時，水分子優先被捕獲到膜表面的MOF微納結構中，形成連續的水層，這層液膜允許水相靠重力快速通過，而對油相產生強的排斥力，從而實現高效油水分離。
該MOF分離膜可以高效地分離多種油水混合物，油水分離效率高達99.99%，水中殘油量低于4 ppm，同時該膜具有較高的水通量10.2×104 L m?2h?1，以及很好的耐壓性6400 Pa。
圖2（a，b）ZIF-8膜油水分離過程圖；（c, d）經過高溫和有機溶劑處理后，ZIF-8膜仍保持良好的水下疏油性能。
進一步研究發現，即使經過200℃的高溫處理、以及多種常見有機溶劑（四氫呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二氯甲烷和正己烷）浸泡，該MOF膜仍然保持接近水下超疏油的性能（圖2c, d），并且可以循環多次使用。基于簡單的制備方法和便宜易得的原材料，該類MOF膜很容易實現大面積制備（圖2a, b），可以進行連續地大量的油水分離。
展開 Ansys Lumerical微納器件設計仿真軟件
產品概述
Lumerical是Ansys公司開發的用于微納光子器件、芯片及系統的設計仿真軟件。
主要模塊
應用領域
咨詢與訂購方式
聯系人：光研科技南京有限公司徐保平
手機號：15051861513
微信號：13627124798
光 · 學堂 | VirtualLab Fusion微納光學設計|光柵與超表面建模及仿真（深圳場）2026/5/28-5/29
本課程使用光之數字模型平臺VirtualLab Fusion，介紹如何使用傅里葉模態法對光柵進行嚴格精確的仿真。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、用于光學超透鏡的Nanopillar結構等。此外還會介紹超表面的設計和參數優化和大角度超光柵仿真。該課程無需軟件基礎。
課程大綱
Course Syllabus
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數字模型平臺原理介紹
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
光柵仿真算法比較
薄元近似法（Thin Element Approximation）
傅里葉模態法（Fourier Modal Method）
周期單元近似法（Periodic Cell Approximation）
3
光柵嚴格分析實例
閃耀光柵
亞波長光柵與偏振轉換
體全息光柵的波長和角度選擇特性
諧振光柵耦合器
4
光柵設計與優化
傾斜光柵結構參數優化
公差分析
蛾眼抗反射結構的設計與優化
高衍射效率偏振無關光柵的優化設計
5
光柵系統級分析
晶圓檢測系統
晶圓雙面光柵圖案的成像分析
共聚焦顯微鏡檢測系統
6
超表面微納結構
超構表面偏振/波長/角度響應分析
超光柵的構建
基于神經網絡的超構透鏡設計
設計和分析超透鏡
基于超構透鏡（PCA）實現聚焦與成像
展開 Last Call | 2026 Ansys 光學技術研討會報名進行中
主題：Ansys光學產品的更新及roadmap
Etienne Lesage | Ansys 高級產品經理
內容簡介：將帶來 Ansys Speos 2026 R1 的最新功能介紹，重點分享光學設計與 Camera 仿真的關鍵更新，并展望產品未來的發展方向。
主題：夜間法規（FMVSS 108，127）與SOTIF極端天氣場景仿真
劉宏鯤 | Ansys 高級應用工程師
內容簡介：本次演講將圍繞夜間場景相關的美規108和127測試，以及SOTIF 極端天氣場景仿真這一核心主題，聚焦智能駕駛主動安全系統在低光照、復雜氣象、長尾風險場景下的驗證難題，系統解讀美國聯邦機動車安全標準對車輛照明、夜間主動制動與行人保護的強制要求，介紹AVX在夜間測試以及邊緣場景仿真方面的解決方案。
主題：微納光學仿真在汽車行業的應用探索
陳媛 | Ansys 高級應用工程師
內容簡介：您是否曾為這些挑戰感到困擾？
如何在不大幅改變車燈設計，光源選型的情況下提升路照與外觀效果？
當您開發新一代HUD，是否苦于傳統光學設計無法突破的體積、視場與像質瓶頸，無法考量光源帶來的影響？
當您追求更小、更亮的智能車燈，或需要激光雷達在極端環境下穩定工作，是否感到傳統手段已觸及天花板？
以上這些，您可以與Ansys Lumerical一同探索，通過其強大的微納結構仿真與設計能力，找到新的解決方案。
展開 3場結構仿真專題免費網絡培訓：聽仿真專家系統講解結構仿真
安世亞太2017年系列仿真免費網絡培訓——結構仿真專題， 10月24日開講，現在開始報名！3場培訓，風電、壓力容器領域的仿真技術專家以及結構拓撲優化技術專家將圍繞相關內容進行系統講解。
● 課程內容構成：40分鐘授課+20分鐘工程師在線答疑。
● 培訓有禮：參與培訓，參加互動，有神秘禮物恭候。
● 培訓方式：采用Webex網絡會議接入方式（會前將提供接入鏈接地址）。
● 培訓視頻：課后通過微信為報名學員提供培訓視頻。
培訓內容：
風力發電系統的結構設計和仿真——風電行業的發展勢頭強勁，裝機量高速增長，這對工程仿真提出了更高的要求。除了風電行業基礎的剛度、強度分析，螺栓連接分析、齒輪的接觸分析以外，同時要考慮復合材料力學、轉子動力學等，并且對疲勞仿真提出了更高的要求，同時還有多場耦合分析的需求。針對這些需求，課程中將給出一套成熟、完整、準確的解決方案。
機械結構拓撲優化分析及設計驗證模擬——以常見機械結構中的安裝座為案例，介紹ANSYS拓撲優化關鍵技術及實現方法，主要包括優化后模型的導出及光順的處理流程，優化后模型的驗證，3D打印多孔結構強度校核等。
基于ANSYS Workbench界面的壓力容器極限分析與彈塑性分析技術——美國ASMEⅧ-Ⅱ標準與歐盟EN-13445標準已在壓力容器設計行業廣泛推廣極限分析與彈塑性分析等非線性分析技術，隨著計算硬件的高速發展，未來該方法可直接替代當前的線彈性計算方法，且該方法有利于指導工程中的輕量化設計。本次課程將介紹基于Ansys Workbench界面的壓力容器極限分析與彈塑性分析，具體內容包括：壓力容器主要失效模式、極限分析與彈塑性分析工程背景，非線性材料本構模型，非線性求解相關設置、計算結果收斂與發散以及后處理技術。
展開 流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 光 · 學堂 | 基于VirtualLab Fusion的微結構仿真設計與加工技術（光柵、超表面、蛾眼結構的仿真與加工技術）2026/5/19-5/20
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
微結構元件作為現代光學系統的核心組成部分，應用廣泛，其設計精度與加工質量直接影響器件性能。本課程借助光之數字模型平臺VirtualLab Fusion，結合多種仿真算法，開展各類微結構的仿真設計與性能優化教學。
課程涵蓋衍射光學元件、光柵、超表面等多種微結構類型，包括蛾眼減反射表面、偏振無關光柵、超構透鏡等，涉及結構建模、參數優化、性能驗證等核心環節，無需深厚軟件基礎即可參與學習。
本課程講解VirtualLab Fusion在微結構仿真中的應用方法，為微結構加工提供可靠的仿真支撐與理論依據。加工方面主要介紹微納加工工藝選型、加工參數把控及質量檢測等內容，呈現微結構從仿真設計到實際加工的完整技術思路。
展開 結構仿真 | Circleg利用仿真技術改善截肢者的生活
Circleg在Ansys Apex渠道合作伙伴CADFEM的幫助下，通過Ansys初創公司計劃獲得了Ansys Mechanical結構仿真軟件，以實現上述目標。Calabro表示：“主要挑戰在于我們必須滿足許多不同的要求。該設備需要易于使用而且舒適，機械要求非常高，同時，我們也非常關注生產成本。”
在整個研發過程中，Circleg使用Mechanical軟件來評估性能，例如足部的靈活性和Circleg One的強度。根據截肢者需要的是膝上還是膝下假肢，Circleg One需要滿足不同的要求。一般來說，膝上假腿比膝下假腿更復雜，最大的區別是膝關節。膝下假肢只需要小腿、腳踝和腳，而膝上假肢還需要功能正常的膝關節。如果沒有的話，佩戴者就很難四處走動。膝關節是行走機制的核心，因為其承受了人體的大部分重量并影響人體平衡。
Calabro表示：“我們有非常明確的結構方面的要求，而仿真幫助我們在為零部件制造模具之前，就能準確地估計零部件是否符合這些要求。”通過使用仿真軟件，Calabro和他的團隊能夠在實際創建不同組件之前評估其性能，從而顯著縮短時間。
一開始，Circleg采用簡單的模型來反映假肢的不同組件。Calabro說道：“這已經有很大幫助了，而后來，我們意識到，需要使它們變得更具體、更準確。”團隊最初沒有考慮對生產流程進行仿真，但在發現仿真與實際測量之間存在差異后，該團隊在更大的規模上實施了仿真。他表示：“當我們構建出整合了注塑工藝材料特性的更復雜的模型時，就可以解決和改進其余問題了，并最終滿足嚴格的機械要求。”
展開 設計仿真 | 基于Marc的對稱結構仿真
引 言
Marc軟件是一款功能強大的通用非線性有限元分析軟件，能夠針對廣泛的工程設計與制造應用中的靜力、動力和多物理場耦合問題進行準確仿真。
有一種美叫對稱美，是秩序，是平衡，是科學，也是藝術。在真實工況中，很多情況下幾何結構和載荷都是對稱的，我們應該如何采用Marc軟件充分利用對稱條件進行模型簡化并求解呢？
對稱接觸體
對于接觸分析，Marc提供了5類接觸體類型，每類接觸體都可在二維或者三維問題中進行應用。包括：變形體、可傳熱的剛體、剛體、帶控制節點的剛體和對稱接觸體。
對稱接觸體是在線對稱問題或循環對稱問題中常采用的一種接觸體，常用來代替某些對稱邊界條件。
圖1 對稱接觸體定義
在平面或者軸對稱分析類型中，對稱接觸體可通過選擇NURBS曲線、線體、小平面曲線進行定義；在三維分析問題中，對稱接觸體通過選擇非均勻有理B樣條曲面、片體、小平面來進行定義。其余設置類似常規接觸設置。
對稱接觸體的特點
對稱平面可方便的用于定義對稱條件
可代替某些固定邊界條件
自動設置很高的分離力，不會發生分離
只允許接觸面上的切向運動
僅適用于剛性曲線或曲面
自動進行相應的對稱線或對稱面的延伸，避免退出號2400
循環對稱
在循環對稱問題中，如果結構的幾何和荷載周期性變化，則可只取結構的一部分建立模型，循環對稱問題通過勾選分析任務中的循環對稱來進行定義。在這類問題中，將自動附加一組位移向量約束條件：U’B=UA或UB=RUA。
展開 