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本課程借助光之?dāng)?shù)字模型平臺VirtualLab Fusion，結(jié)合多種仿真算法，開展各類微結(jié)構(gòu)的仿真設(shè)計與性能優(yōu)化教學(xué)。 課程涵蓋衍射光學(xué)元件、光柵、超表面等多種微結(jié)構(gòu)類型，包括蛾眼減反射表面、偏振無關(guān)光柵、超構(gòu)透鏡等，涉及結(jié)構(gòu)建模、參數(shù)優(yōu)化、性能驗證等核心環(huán)節(jié)，無需深厚軟件基礎(chǔ)即可參與學(xué)習(xí)。

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)。

利用超表面來構(gòu)造波片是一個不錯的idea。比如很傳統(tǒng)的L型金屬三明治結(jié)構(gòu)的反射型超表面就可以實現(xiàn)玻片功能。</p><p>下面是對于一篇論文的結(jié)果復(fù)現(xiàn)，作者設(shè)計了一個三明治結(jié)構(gòu)，底層一個金屬層做全反射，中間的介質(zhì)層調(diào)控FP腔的尺寸，上面的L型金屬條負(fù)責(zé)入射光x偏振轉(zhuǎn)換為y偏振的反射光，整體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一個反射型半波片的功能。為了表征轉(zhuǎn)換效果，還求解了反射光的線偏振度，圓偏振度，偏振方位角和橢圓率角。

我們將深入探討如何利用Lumerical 這一業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真軟件，結(jié)合其強(qiáng)大的反設(shè)計優(yōu)化功能，來實現(xiàn)高性能超表面Color Router的自動化設(shè)計。

關(guān)于周期性結(jié)構(gòu)的設(shè)計，三款主流的仿真軟件FEKO/HFSS/CST均可以用來進(jìn)行仿真，從計算效率來說CST和HFSS要更為優(yōu)秀，設(shè)置過程來說，CST和FEKO要更為簡便，三種軟件的建模方法分別如下： HFSS：需要設(shè)置主從邊界條件和Floquet模，計算速度快，精度高，參數(shù)優(yōu)化也較為便利，具體操作參考B站視頻：周期結(jié)構(gòu)、超表面單元的仿真（HFSS入門教程）； CST：利用模板，

此外，HFSS還可以使用現(xiàn)成的3D Component模型進(jìn)行仿真，包括RF連接器和表面貼裝器件（例如芯片電容器和電感器）。3D Component模型包含所有相關(guān)信息，例如材料、幾何結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)和邊界條件，并且可以集成到三維電磁仿真中。許多組件供應(yīng)商向客戶提供HFSS 3D Component，以便客戶可以直接在他們的設(shè)計中使用這些組件。

這是一個簡單但常見的超原子結(jié)構(gòu)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(shù)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(jù)參考文獻(xiàn)選擇為硅(圓盤)、玻璃(襯底)和空氣(背景)。

由于存在與端口未知數(shù)有關(guān)的全密度矩陣塊，類似于端口表面的積分方程，備選的模態(tài)方法的計算成本更高昂。而超有限元法是最準(zhǔn)確和計算效率最高的一種方法，其中模態(tài)用于表示端口上的基函數(shù)，這樣提取S參數(shù)的成本是最低的。對于HFSS在無需場的情況下僅提取S參數(shù)來順利進(jìn)行求解，這一最新進(jìn)展是一大關(guān)鍵。

HFSS模擬去除8.5mm的控制器（底部）預(yù)測效率為66%到70%較低的輻射效率很快被追蹤到觸摸屏傳感器，它吸收了大約4.5dB。工程師們注意到觸摸屏上的氧化銦錫（ITO）涂層物理延伸到屏幕的頂部和底部邊緣，而不僅僅是在活動表面上———這是HFSS 模型中假設(shè)的一個參數(shù)。工程師對仿真模型進(jìn)行了這一更改，結(jié)果顯示效率下降了25%（匹配上了實驗值并驗證了HFSS對這類模擬的準(zhǔn)確性）。

時域天線，一般都是寬帶天線或超寬帶天線，如蝶形天線、鉆石形天線、螺旋天線等。 平臺上的天線安裝與布局 HFSS可以仿真面向機(jī)載、車載、星載、艦載等各種平臺的天線布局問題，得到復(fù)雜天線系統(tǒng)在考慮運(yùn)載平臺影響下的天線性能和在平臺表面及內(nèi)部/周圍空間產(chǎn)生的電流/電場分布。

這是一個簡單但常見的超原子結(jié)構(gòu)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(shù)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(jù)參考文獻(xiàn)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。

由于存在與端口未知數(shù)有關(guān)的全密度矩陣塊，類似于端口表面的積分方程，備選的模態(tài)方法的計算成本更高昂。而超有限元法是最準(zhǔn)確和計算效率最高的一種方法，其中模態(tài)用于表示端口上的基函數(shù)，這樣提取S參數(shù)的成本是最低的。對于HFSS在無需場的情況下僅提取S參數(shù)來順利進(jìn)行求解，這一最新進(jìn)展是一大關(guān)鍵。

點(diǎn)擊藍(lán)字 關(guān)注我們 光波導(dǎo)+超表面解決方案線下活動當(dāng)下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領(lǐng)域飛速發(fā)展，光波導(dǎo)作為 AR 顯示核心、超表面作為光學(xué)系統(tǒng)小型化關(guān)鍵，設(shè)計與仿真難度陡增。2026年5月15日，OAS 光學(xué)軟件光波導(dǎo)仿真 + 超表面仿真解決方案線下活動將于上海舉辦，助您掌握光波導(dǎo)/超表面仿真設(shè)計核心技能。

當(dāng)前仿真工具的效率仍難以滿足復(fù)雜超表面設(shè)計的需求，開發(fā)更高效的仿真技術(shù)，成為未來超表面研究的重要方向之一。5.超表面在納米尺度光計算領(lǐng)域的應(yīng)用與局限由于光信號具有高速傳播的特性，在納米尺度構(gòu)建基于光信號的快速、低功耗計算系統(tǒng)，一直是科研人員的重要研究目標(biāo)，而光學(xué)超表面恰好為這一目標(biāo)的實現(xiàn)提供了理想平臺。

? 仿真可以在不同的層面上進(jìn)行：可以基于理想模型進(jìn)行仿真，也可以直接結(jié)合納米構(gòu)建模塊特性進(jìn)行仿真。 ? 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學(xué)系統(tǒng)中。 超全息圖 ? 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)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(gòu)建模塊的超表面來實現(xiàn)。

□ 仿真可以在不同的層面上進(jìn)行：可以基于理想模型進(jìn)行仿真，也可以直接結(jié)合納米構(gòu)建模塊特性進(jìn)行仿真。□ 靈活地將超透鏡與其他元件一起包含在一個光學(xué)系統(tǒng)中。超全息圖□ 傳統(tǒng)的相位全息圖通過在透明基底上刻蝕不同的深度來實現(xiàn)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(gòu)建模塊的超表面來實現(xiàn)。

仿真計算將提供超聲波信號的響應(yīng)和分布。6. 分析結(jié)果：通過分析仿真結(jié)果中的超聲波信號特征，例如幅值、時間延遲和波形等，可以確定表面裂紋的位置、大小和性質(zhì)。COMSOL提供了豐富的后處理工具，用于可視化和分析仿真結(jié)果。

?為減少計算時間和內(nèi)存,并保證結(jié)果的有效性和與試驗的一致性,仿真的線纜長度設(shè)定為500mm?首先在CATIA軟件中使用凹槽和陣列的命令建立上述簡化后的模型,再加上雙層屏蔽線纜的其余部分模型,然后將建好的3D線纜幾何整體模型(如圖2所示)導(dǎo)入電磁仿真軟件HFSS中?2.2 數(shù)值計算仿真HFSS軟件采用有限元法進(jìn)行仿真?在仿真求解器運(yùn)行前,需要設(shè)置激勵源和邊界條件