光子學(xué)材料的案例
Ansys | 什么是表面等離子體光子學(xué)及其應(yīng)用
雖然光子器件提供了巨大的帶寬，但衍射限制了光子組件的尺寸。而表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)，在微觀尺度（百萬分之一米）的光子學(xué)領(lǐng)域和納米尺度（十億分之一米）的電子領(lǐng)域之間架起了橋梁。
隨著研究人員能夠使用石墨烯等新型超材料，表面等離子體光子學(xué)的未來前景一片光明。一旦企業(yè)能夠生產(chǎn)出穩(wěn)健、可靠且價(jià)格合理的等離子體器件，表面等離子體光子學(xué)納米技術(shù)將成為為新一代10GHz+集成電路板提供必要協(xié)同作用的關(guān)鍵。
到2031年，表面等離子體光子學(xué)材料市場(chǎng)的價(jià)值將從2023年的近110億美元增長(zhǎng)到近400億美元，年增長(zhǎng)率約為15.5%。
展開 一期一會(huì) | 表面等離子體光子學(xué)詳解及其應(yīng)用
什么是表面等離子體光子學(xué)超材料？
超材料（metamaterial）是一種呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料。超材料的特性源于其獨(dú)特的尺寸、形狀、幾何結(jié)構(gòu)和方向，使其能夠以新的有利方式彎曲、阻止、吸收或增強(qiáng)電磁波。超材料以重復(fù)模式排列，大小尺度小于其作用的波長(zhǎng)。
在表面等離子體光子學(xué)超材料中，表面等離子體為這些材料賦予了獨(dú)特的屬性。在某些條件下，入射光與表面等離子體在金屬-電介質(zhì)界面處耦合，形成自維持，其傳播的電磁波被稱為表面等離子體激元（SPP）。
這些SPP的屬性源于底層金屬納米粒子的結(jié)構(gòu)。SPP在比入射光更短的波長(zhǎng)下顯示出可調(diào)特性。表面等離子體光子學(xué)超材料的示例包括：周期性排列的金納米粒子（納米立方體）以及銀和金納米殼層。
表面等離子體光子學(xué)超材料的類型
由于表面等離子體光子學(xué)超材料的屬性來自亞波長(zhǎng)尺度下金屬納米粒子的排列，因此工程師可以控制色散、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和折射率等屬性，以實(shí)現(xiàn)一系列新穎的應(yīng)用。
負(fù)折射率表面等離子體光子學(xué)超材料
當(dāng)光線從一個(gè)介質(zhì)傳播到另一個(gè)介質(zhì)時(shí)，例如從空氣到水，它會(huì)在穿過法線（垂直于表面的平面）時(shí)彎曲。在負(fù)折射率材料中，這種彎曲發(fā)生在相反方向，這意味著光的電磁能量以與其傳播波前相反的方向傳輸。
由于材料的折射率與其介電常數(shù)有關(guān)，而介電常數(shù)反過來又會(huì)影響其電磁傳播長(zhǎng)度，因此負(fù)折射率超材料提供了可調(diào)的光學(xué)屬性，超越了傳統(tǒng)透鏡、反射鏡和光學(xué)設(shè)備的能力。
漸變折射率表面等離子體光子學(xué)超材料
此外，表面等離子體光子學(xué)超材料也可以經(jīng)過配置，以沿著其長(zhǎng)度或表面顯示不同的折射率。例如，可以通過使用電子束光刻將PMMA等合成聚合物沉積到金納米表面來制造這些材料。
展開 領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)工具
Ansys Lumerical是業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具，其擁有完整的光子學(xué)仿真解決方案，支持全套光子學(xué)器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真。器件和系統(tǒng)級(jí)工具無縫協(xié)作，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ο嗷プ饔玫墓鈱W(xué)、電氣和熱效應(yīng)進(jìn)行建模仿真。
產(chǎn)品之間靈活的互操作性支持將多物理場(chǎng)仿真和光子電路仿真與第三方EDA工具相結(jié)合的各種工作流程，以幫助優(yōu)化產(chǎn)品性能、最大限度地降低物理原型制作成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
Ansys Lumerical FDTD是業(yè)界公認(rèn)的微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應(yīng)用千微納光電子器件、工藝以及材料的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。
FDTD的集成設(shè)計(jì)環(huán)境支持腳本語言操作、高級(jí)后處理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設(shè)計(jì)要求。
規(guī)格概要
二維或三維建模
自定義任意表面和立體形貌
高級(jí)共形網(wǎng)格技術(shù)
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(shù)值孔徑的寬譜高斯光源
遠(yuǎn)場(chǎng)分析
Q因子分析
自動(dòng)提取S參數(shù)
能帶結(jié)構(gòu)分析
腳本和優(yōu)化程序
支持云計(jì)算和HPC高性能并行計(jì)算
主要特點(diǎn)
光子器件逆向設(shè)計(jì)優(yōu)化
針對(duì)目標(biāo)自動(dòng)化探索最佳設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)；找出性能優(yōu)化、面積最小化并提升工藝匹性的非直觀幾何形狀。
強(qiáng)大的后處理
強(qiáng)大的后處理功能，包括遠(yuǎn)場(chǎng)分析，能帶結(jié)構(gòu)分析，雙向散射分布函數(shù)(BSDF)生成，Q因子分析，電荷產(chǎn)生率。
非線性與各向異性材料
對(duì)含有非線性材料或各向異性空間變化材料的器件進(jìn)行彷真。可以選擇各種非線性、負(fù)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 Ansys Lumerical光子學(xué)仿真工具介紹
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Ansys Lumerical FDTD
Ansys Lumerical FDTD是業(yè)界公認(rèn)的微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應(yīng)用于微納光電子器件、工藝以及材料的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。FDTD的集成設(shè)計(jì)環(huán)境支持腳本語言操作、高級(jí)后處理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設(shè)計(jì)要求。
Ansys Lumerical Stack
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(xué)特性。能精準(zhǔn)描述多層膜的波動(dòng)光學(xué)特性，如干涉以及微腔效應(yīng)，并支持平面波和偶極子光源。STACK 支持腳本運(yùn)算，通過API能和Python 或Matlab 互操作。
展開 
硅光子學(xué)的“最后一米”難題
綜合硅數(shù)字邏輯、光電子學(xué)以及光纖通信技術(shù)的潛力，一切似乎皆有可能。
按照當(dāng)時(shí)工程師們的設(shè)想，這些技術(shù)將持續(xù)發(fā)展和融合，直到光子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，并最終取代電子技術(shù)。光子技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)跨國(guó)數(shù)據(jù)傳輸，還可以在數(shù)據(jù)中心之間甚至是計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)。工程師們認(rèn)為，通過光纖可以在芯片間傳輸數(shù)據(jù)，甚至設(shè)想出了光子芯片：很多人都期待將來有一天極速邏輯芯片可以利用光子而非電子。
但是，這樣的設(shè)想并未實(shí)現(xiàn)。企業(yè)和政府曾投入億萬美元用于研究新型光器件和系統(tǒng)，利用光纖將數(shù)據(jù)中心內(nèi)部計(jì)算機(jī)服務(wù)器的機(jī)架連接起來。誠然，很多現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的機(jī)架都利用這些光設(shè)備進(jìn)行連接。然而光子技術(shù)也就到此為止了。在機(jī)架內(nèi)部，單個(gè)服務(wù)器板仍然使用廉價(jià)的銅纜和高速電子器件相互連接。當(dāng)然，在電路板上，連接處理器的都是金屬導(dǎo)線。
將光子技術(shù)推向服務(wù)器本身、用光纖直接連接處理器的嘗試，因經(jīng)濟(jì)原因觸礁而失敗了。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司光計(jì)數(shù)公司（Light Counting）的調(diào)查，以太網(wǎng)光收發(fā)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到年均40億美元，到2020年這個(gè)市場(chǎng)將擴(kuò)大到近45億美元和5000萬套器件，這不可否認(rèn)。但是時(shí)至今日，光子技術(shù)仍未解決數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)機(jī)架與處理器芯片間最后幾米的問題。
不過，光子技術(shù)的巨大潛力意味著仍有希望。雖然技術(shù)挑戰(zhàn)仍十分巨大，但數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的新思路為大數(shù)據(jù)時(shí)代的光子技術(shù)革命提供了一條看似可行的道路。
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在當(dāng)今的數(shù)字化世界中，無論是上網(wǎng)、觀看網(wǎng)絡(luò)電視，還是做任何其他事情，人們所使用的數(shù)據(jù)流都會(huì)經(jīng)過光電收發(fā)器。光電收發(fā)器的作用是實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。在各大云服務(wù)提供商及社交媒體公司的數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，這些收發(fā)器就位于用于在數(shù)據(jù)中心之間傳輸數(shù)據(jù)的光纖的端點(diǎn)處。收發(fā)器與每個(gè)服務(wù)器機(jī)架頂部的交換設(shè)備相連接，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳輸?shù)皆摍C(jī)架中的服務(wù)器組。
展開 . | Sagnac干涉在集成光子學(xué)中的應(yīng)用
圖1：典型光學(xué)干涉器的基本結(jié)構(gòu)
圖2：Sagnac干涉器的發(fā)明者法國(guó)物理學(xué)家Georges Sagnac (1869 ? 1928) 以及基于Sagnac干涉的光學(xué)器件的發(fā)展歷程
其次，論文將集成Sagnac干涉器作為集成光子器件中的基本結(jié)構(gòu)單元，和其他基本結(jié)構(gòu)單元如馬赫曾德干涉器，環(huán)形諧振器，以及光子晶體諧振腔，布拉格光柵進(jìn)行了特性對(duì)比(圖3-5)，并對(duì)集成Sagnac干涉器件的仿真建模方法進(jìn)行了具體介紹。
圖3：集成光子器件中的基本結(jié)構(gòu)單元 (a) 定向耦合器， 以及以其為基礎(chǔ)衍生的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元包括 (b) 馬赫曾德干涉器，(c) 環(huán)形諧振器，和 (d) Sagnac 干涉器
圖4：集成馬赫曾德干涉器，分插復(fù)用型環(huán)形諧振器，以及級(jí)聯(lián)Sagnac干涉器的幅頻響應(yīng)對(duì)比
圖5：集成一維光子晶體諧振腔，布拉格光柵，以及級(jí)聯(lián)Sagnac干涉器的幅頻響應(yīng)對(duì)比
然后，論文對(duì)Sagnac干涉器件在集成光子學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分類總結(jié)，包括集成反射鏡，光陀螺儀(圖6)，光濾波器(圖7)，頻域交織器，量子物理現(xiàn)象的光學(xué)類似(圖8)，以及其他應(yīng)用。其中光陀螺儀作為Sagnac干涉的典型應(yīng)用，又具體分為基于波導(dǎo)干涉的光陀螺儀，基于無源諧振腔的光陀螺儀，和基于布里淵環(huán)形激光器的光陀螺儀。
展開 延續(xù)摩爾定律的“新”方法：將光子學(xué)導(dǎo)入芯片
而在今年11 月初DARPA 表示，計(jì)劃已進(jìn)入第二階段，并指出前期對(duì)新興材料及技術(shù)的探索已有相當(dāng)成績(jī)。
DARPA 微系統(tǒng)技術(shù)辦公室主任Bill Chappell 表示，現(xiàn)今的潮流正是從通用硬件轉(zhuǎn)移到專業(yè)系統(tǒng)，而為了創(chuàng)造獨(dú)特和差異化的國(guó)內(nèi)制造能力，ERI 第二階段將探索為傳統(tǒng)互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的器件縮放及替代載體。而首個(gè)項(xiàng)目將會(huì)是極端可擴(kuò)展性光子學(xué)封裝（ Photonics in the Package for Extreme Scalability，PIPES），它將探索把光子學(xué)技術(shù)帶入芯片的技術(shù)。
此技術(shù)透過用光學(xué)元件取代電學(xué)元件，將可降低將數(shù)百個(gè)處理器連接在一起所需的工藝及能源需求，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行，將能有效支持?jǐn)?shù)據(jù)密集型應(yīng)用，如人工智慧等技術(shù)。且PIPES 還將致力于建立一個(gè)國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)，令商業(yè)及國(guó)防們能不斷獲得先進(jìn)技術(shù)的支援。
此項(xiàng)目首先關(guān)注的是先進(jìn)集成電路封裝的高性能光學(xué)I/O 技術(shù)的發(fā)展，包括現(xiàn)場(chǎng)可編程閘門陣列、圖形處理單元及專用集成電路。其次，將研究新型器件技術(shù)和先進(jìn)鏈路，以實(shí)現(xiàn)高度可擴(kuò)展性及封裝 I/O 。但這種新型的系統(tǒng)架構(gòu)及大型分布式并行計(jì)算的發(fā)展將可能具有上千個(gè)節(jié)點(diǎn)，極為復(fù)雜且非常難以管理。而為了解決這個(gè)問題，第三項(xiàng)重點(diǎn)將研發(fā)低損耗光學(xué)封裝方法，以實(shí)現(xiàn)高溝道密度和高端口數(shù)量，及可重構(gòu)、低功耗的光學(xué)開關(guān)技術(shù)。
正在進(jìn)行研究的光子學(xué)可能會(huì)作為改進(jìn)我們現(xiàn)有工藝的手段。 CPU，GPU，F(xiàn)PGA和ASIC都依賴于更小的晶體管來以更低的功耗擠出更多的性能。啟用基于光的互連允許延遲取決于通過介質(zhì)的光速而不是通過半導(dǎo)體的電流。但我們也應(yīng)該看到，嵌入微電子系統(tǒng)的光子學(xué)理論已存在數(shù)十年，但尚未完全解決可行性問題。
展開 009 – COMSOL含Kerr材料的二維光子晶體波導(dǎo)（僅模型文件） ￥40
009 - COMSOL含Kerr材料的二維光子晶體波導(dǎo)（僅包含模型文件，40元）
基本介紹：
主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Journal of Modern Optics上的文獻(xiàn)《A novel proposal for all-optical compact and fast XOR/XNOR gate based on photonic crystal 作者：Golnaz Tavakoli等》，用COMSOL重復(fù)其中的圖2；
計(jì)算所需的內(nèi)存：8 GB；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)；
涉及的內(nèi)容：組件耦合-最大最小值、組件耦合-積分、自定義變量、非線性材料（Kerr材料）、完美匹配層、散射邊界條件、參數(shù)化掃描 等；
繪制了：電場(chǎng)模、電場(chǎng)z分量、光強(qiáng)分布、折射率分布；
注意：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，不附帶答疑指導(dǎo)。
包含的文件截圖：
詳細(xì)描述：
如上圖所示，基本結(jié)構(gòu)是三角晶格二維光子晶體波導(dǎo)。在兩個(gè)平行波導(dǎo)之間制造一個(gè)“><”形狀的耦合區(qū)域，耦合區(qū)域內(nèi)部的介質(zhì)柱替換為一種 Kerr 非線性材料。
Kerr 非線性材料的折射率與所處位置的光強(qiáng)有關(guān)，可表示為：
其中
光從 A 端口入射，由于 Kerr 非線性材料的折射率與光強(qiáng)有關(guān)，所以光經(jīng)過“><”形耦合區(qū)域后，入射光強(qiáng)較大時(shí)光主要從 B 端口輸出，而入射光強(qiáng)較小時(shí)光主要從 D 端口輸出。
計(jì)算的內(nèi)容和結(jié)果：
1、當(dāng)入射光強(qiáng)較小時(shí)，電場(chǎng)z分量分布。左：論文中的結(jié)果；右：本案例的結(jié)果
2、當(dāng)入射光強(qiáng)較大時(shí)，電場(chǎng)z分量分布。左：論文中的結(jié)果；右：本案例的結(jié)果
再次提醒：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，也不附帶答疑指導(dǎo)。
展開 2026 R1 | Ansys光學(xué)與光子學(xué)仿真專題網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上線（共9場(chǎng)）
Lumerical 與 Synopsys OptoCompiler? 的無縫集成，以應(yīng)對(duì)光子集成電路設(shè)計(jì)中的復(fù)雜挑戰(zhàn)，通過我們集成的功能和工作流程，工程師可以無縫設(shè)計(jì)單個(gè)光子元件，模擬光子集成電路，創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)版圖，并使用專業(yè)的Synopsys 工具進(jìn)行電光協(xié)同仿真，最大限度地減少使用多工具的開銷。
科學(xué)家發(fā)明液態(tài)光子材料 色域?qū)拸V超越七色彩虹
不同鈦酸鹽納米片濃度下，光子水呈現(xiàn)出不同的色彩
圖片來源：NatureCommunication
然而科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用離心法去除部分Q+離子以后（離心法通常用于分離不同粒徑的膠體顆粒），膠體變成了紫色。當(dāng)缺少Q(mào)+離子削弱互斥作用時(shí)，膠體中的鈦酸鹽納米片會(huì)最大程度的分散，進(jìn)而導(dǎo)致液體中的物質(zhì)發(fā)生重排，長(zhǎng)的單元間距使得液體反射較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。
反之，普通的水沒有這種有序的長(zhǎng)單元間距，使得它反射的光的波長(zhǎng)比可見光波長(zhǎng)短很多，因此普通水是透明的。
研究者表示，光子水的顏色可以跟隨膠體所處磁場(chǎng)環(huán)境的變化進(jìn)行快速改變，而且這種變化是可逆的。磁場(chǎng)可以使鈦酸鹽納米片垂直于磁場(chǎng)方向排列。
類似的，對(duì)光子水進(jìn)行加熱或者制冷，會(huì)引起納米片間的間距變化，從而導(dǎo)致膠體顏色改變。即使是pH值的微小變化也能引起膠體顏色改變，比如可以從紅色（pH7.9）變?yōu)榫G色（pH7.7）再變到藍(lán)色（pH7.3），這是由于pH值變化會(huì)引起靜電排斥力的改變，導(dǎo)致光子水的結(jié)構(gòu)和顏色改變。
總的來說，光子材料在近紅外區(qū)域?qū)獾姆瓷湫阅埽梢栽谶h(yuǎn)程通訊中起到重要作用。雖然現(xiàn)階段操作起來還有難度，但光子水在這一領(lǐng)域和其他領(lǐng)域都具有應(yīng)用潛力。
Ishida表示，利用光子水對(duì)不同物理化學(xué)因素的響應(yīng)特性和其寬泛的色彩調(diào)節(jié)范圍，和智能光學(xué)設(shè)備一樣，人們可以將它應(yīng)用到很多領(lǐng)域，包括光學(xué)傳感、顯示、遠(yuǎn)程通訊中的近紅外過濾、光子激光等等。
研究者們還希望，這些研究結(jié)果能適用于液體以外的其他物質(zhì)。比如，最近他們將該實(shí)驗(yàn)方法用于軟性材料，通過加強(qiáng)鈦酸鹽納米片間的靜電相互作用，使軟性材料具備了特殊的功能。
科學(xué)家們希望這項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn)不止給鈦酸鹽納米片帶來新生，還能夠讓傳統(tǒng)的膠體科學(xué)煥發(fā)新的生命。
展開 領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具Ansys Lumerical功能詳解：分析多層膜的優(yōu)秀仿真工具
Ansys Lumerical是業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具，其擁有完整的光子學(xué)仿真解決方案，支持全套光子 學(xué)器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真。 器件和系統(tǒng)級(jí)工具無縫協(xié)作，讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ο嗷プ饔玫墓鈱W(xué)、 電氣和熱效應(yīng)進(jìn)行建模仿真。
產(chǎn)品之間靈活的互操作性支持將多物理場(chǎng)仿真和光子電路仿真與第三方EDA 工具相結(jié)合的各種工作流程， 以幫助優(yōu)化產(chǎn)品性能、 大限度地降低物理原型制作成本并縮短產(chǎn)品上市時(shí)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(xué)特性。能精準(zhǔn)描述多層膜的波動(dòng)光學(xué)特性，如干涉以及微腔效應(yīng)，并支持平面波和偶極子光源。STACK支持腳本運(yùn)算，通過API能和Python或Matlab互操作。
規(guī)格概要
· 支持平面波和偶極子
· 支持大面積多層膜設(shè)計(jì)
· 考慮微腔和干涉效應(yīng)
STACK的主要應(yīng)用
· OLED
· VCSEL
· 抗反射膜
．微腔
· 多層薄膜
主要特點(diǎn)
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(yīng)用的快速原型設(shè)計(jì)，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(yīng)。
通過腳本進(jìn)行互操作
通過Lumerical腳本語言、自動(dòng)化API以及Python和 MATLABAPI實(shí)現(xiàn)互操作性。
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江雷院士團(tuán)隊(duì)在光子晶體驅(qū)動(dòng)材料研究取得新進(jìn)展
驅(qū)動(dòng)材料因能用于智能機(jī)器人、微型生物動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域而被廣泛關(guān)注。自然界中比如小麥、松果等很多植物種子的脫落過程就是受濕度變化誘導(dǎo)不均質(zhì)的體積變化引起。傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)材料多是將驅(qū)動(dòng)層和支撐層連接在一起，基于驅(qū)動(dòng)層在外界作用下的體積變化引起驅(qū)動(dòng)。但雙層材料驅(qū)動(dòng)器因其雙層結(jié)構(gòu)間粘附力差在多次驅(qū)動(dòng)過程中易分離等問題很難多次重復(fù)使用，為解決該問題，單一化學(xué)組成梯度型驅(qū)動(dòng)材料應(yīng)運(yùn)而生。
江雷團(tuán)隊(duì)在具有超浸潤(rùn)性光子晶體的制備及應(yīng)用方面取得系列進(jìn)展。在此前的工作中，該團(tuán)隊(duì)利用所制備的單一材料聚離子液體反蛋白石光子晶體，基于其從表面朝內(nèi)部的梯度的溶劑去浸潤(rùn)過程實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象，光子晶體膜發(fā)生卷曲（Chem. Commun., 2016, 52, 5924）。但所制備的光子晶體驅(qū)動(dòng)性能較差，很難滿足應(yīng)用需求。隨后通過將液晶單體過度滲透到膠體晶體模板中并隨后進(jìn)行光聚合，制備了具有連續(xù)彎曲/去彎曲行為的溶劑響應(yīng)驅(qū)動(dòng)器(Soft Matter, 2018, 14, 5547)。
近期，理化所光子晶體驅(qū)動(dòng)材料研究又取得新進(jìn)展，江雷團(tuán)隊(duì)研究員王京霞與湖南師范大學(xué)教授陳波合作，通過梯度填充法制備了一種Janus 型聚（離子液體-甲基丙烯酸甲酯）共聚物反蛋白石光子晶體膜（圖1），該膜上表面聚集親水的聚離子液體，呈親水性，而下表面富集疏水的聚甲基丙烯酸甲酯，呈疏水性。所制備樣品兩面的不同性能主要是由于光照聚合過程中離子液體和甲基丙烯酸甲酯不同的聚合行為而造成的相分離，導(dǎo)致其化學(xué)組成沿薄膜厚度方向的梯度分布。所制備薄膜的Janus 性使之遇水蒸氣后具有明顯的定向彎曲行為，在4s內(nèi)彎曲角度接近1440°，并伴有亮麗的結(jié)構(gòu)色變化。
圖1. 所制備的Janus 型光子晶體膜及封面圖片
薄膜的驅(qū)動(dòng)行為可以通過薄膜的化學(xué)組成、孔洞大小及溶劑種類來調(diào)節(jié)。
展開 業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具 | 《Ansys Lumerical產(chǎn)品解決方案》現(xiàn)已開放領(lǐng)取
Ansys Lumerical包含以下模塊：
· FDTD--微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)工具
· Stack--分析多層膜的最佳仿真工具
· RCWA--分析平面波入射到周期性結(jié)構(gòu)上的光學(xué)響應(yīng)
· MODE--基于光波導(dǎo)設(shè)計(jì)環(huán)境的專業(yè)仿真和綜合分析工具
· Charge--對(duì)有源光子和光電半導(dǎo)體器件中的電荷傳輸提供正確的工具進(jìn)行綜合全面的仿真
· Heat--提供綜合全面的熱仿真功能
· DGTD--解決最具挑戰(zhàn)性的納米光子模擬
· FEEM--對(duì)復(fù)雜幾何形狀和材料中的波導(dǎo)模式，等效折射率，電場(chǎng)分布等進(jìn)行高精度分析
· MQW--準(zhǔn)確模擬帶結(jié)構(gòu)、增益、以及多量子阱結(jié)構(gòu)的自發(fā)輻射特性
· Interconnect--光子集成電路仿真器，可驗(yàn)證多模、雙向和多通道PIC
· CML Compiler--高效、自動(dòng)化地創(chuàng)建緊湊模型庫
· 拓展應(yīng)用
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展開 Lumerical FDTD&MODE一對(duì)一線上直播培訓(xùn)(超材料板塊和波導(dǎo)光子器件)
Lumerical是目前市場(chǎng)上專業(yè)的模擬光學(xué)仿真和硅基光電子設(shè)計(jì)軟件，提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)環(huán)境，能夠?yàn)?em>光子設(shè)計(jì)師提供具有創(chuàng)造性，高精確度和成本效益的設(shè)計(jì)解決方案，幫助設(shè)計(jì)師開發(fā)下一代微納尺度光子技術(shù)。
本在線直播培訓(xùn)課程將從各個(gè)論文中的案例出發(fā)，針對(duì)FDTD和MODE兩套仿真軟件作深入淺出的介紹，并從腳本和可視化界面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真演示，完成對(duì)軟件的操作、分析及設(shè)計(jì)流程。
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(dǎo)光子器件板塊。
二 培訓(xùn)方式
本次培訓(xùn)全程線上授課, 采用一對(duì)一或者一對(duì)多方式進(jìn)行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術(shù)交流，
學(xué)員需要自行準(zhǔn)備電腦。
三 培訓(xùn)對(duì)象
研究方向?yàn)槌?em>材料仿真或者波導(dǎo)光子器件的研究人員
四、培訓(xùn)內(nèi)容
（1）入門板塊
主要通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例對(duì)FDTD的界面和操作流程進(jìn)行介紹，并對(duì)涉及其中的材料庫、結(jié)構(gòu)組、光源和監(jiān)視器等進(jìn)行相關(guān)說明和解釋，最后將以簡(jiǎn)單的案例出發(fā)對(duì)腳本建模進(jìn)行簡(jiǎn)要的展示和說明。
一種超材料的電場(chǎng)圖
（2）超材料板塊
該板塊主要以案例為主，分別對(duì)多個(gè)論文中的超材料吸波體、可調(diào)超材料以及超透鏡進(jìn)行復(fù)現(xiàn)和說明。在本板塊將對(duì)所有結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，并對(duì)輸出曲線進(jìn)行相關(guān)處理，此外還包括超透鏡的計(jì)算和整體3D建模，實(shí)現(xiàn)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(chǎng)圖
（3）波導(dǎo)光子器件板塊
該板塊從MODE軟件出發(fā)，通過其中的FDE、EME以及varFDTD板塊對(duì)簡(jiǎn)單波導(dǎo)、邊緣耦合器、光柵耦合器、Y型分束器、諧振環(huán)等光子無源器件進(jìn)行建模和相關(guān)的論文案例復(fù)現(xiàn)。
展開 Ansys 2024 R2：光學(xué)與光子學(xué)仿真新功能介紹【9月24日直播】
</p><p>為幫助大家更好的了解Ansys 2024 R2新版本中光學(xué)仿真功能變化，<strong>9月24日</strong>，Ansys系列網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)推出<strong>「Ansys 2024 R2：Ansys 光學(xué)與光子學(xué)仿真新功能介紹」</strong>，為大家詳細(xì)介紹Ansys 2024 R2光學(xué)產(chǎn)品新功能：</p><ul><li>在Speos新版本中增強(qiáng)了Zemax和Speos的簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)交換以及Speos中基于序列的路徑檢測(cè)，進(jìn)而考慮到了雜散光對(duì)系統(tǒng)性能的實(shí)際影響，同時(shí)也增強(qiáng)了光導(dǎo)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)預(yù)覽；</li><li>在Zemax新版本中通過提高公差能力來考慮裝配和制造誤差對(duì)實(shí)際結(jié)果的影響；</li><li>在Lumerical新版本中通過使用行業(yè)領(lǐng)先的布局工具增強(qiáng)工作流程，實(shí)現(xiàn)光子集成電路的現(xiàn)實(shí)世界設(shè)計(jì)，同時(shí)增強(qiáng)了多尺寸、多物理場(chǎng)仿真工具之間工作流程。</li></ul><p class="ql-align-center">獲取更多精彩內(nèi)容，歡迎大家報(bào)名參會(huì)！</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/sJ5jnYn8SicedqJt6z63Gb6sEwXO3hGpT5SoGnMl5mPLn9kL3klT6icicJ72OI5UoG2YB7Ppp6dGwDzwlWIIjXWcw/640?
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