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在太湖之光等先進超級計算機上，對非結構網格算法進行優化加速，往往十分復雜且開發量巨大。這四方面的問題，讓非結構網格仿真計算在太湖之光上的性能，成為一個巨大的挑戰。太湖之光上非結構網格“四大問題” 離散訪存：非結構網格不同于結構化網格，其相關數據在內存中無法以規則的方式存儲，導致訪問具有分散和不連續的特性。

在太湖之光等先進超級計算機上，對非結構網格算法進行優化加速，往往十分復雜且開發量巨大。這四方面的問題，讓非結構網格仿真計算在太湖之光上的性能，成為一個巨大的挑戰。太湖之光上非結構網格“四大問題” 離散訪存： 非結構網格不同于結構化網格，其相關數據在內存中無法以規則的方式存儲，導致訪問具有分散和不連續的特性。

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。

樹脂固化過程中會出現化學-熱-變形多場之間的相互耦合，固化產生的化學收縮以及熱應變會導致復合材料結構內部產生較大的內應力，并導致結構形狀發生改變。光固化3D打印結構變形與復合材料固化變形本質上是類似的，都是由樹脂的固化收縮和熱應變導致內部產生殘余應力，釋放邊界約束后結構發生回彈變形。與復合材料固化變形相比，光固化需要額外考慮光照對固化速率的影響，一定程度上增加了分析的復雜性。

圖2 model參數設置以及編碼形成如下結構樹以及規律排列的球形微球陣列。圖3 結構樹以及建模效果 掃描設計結構掃描個性化編碼，設置好掃描數量和范圍，仿真后形成下列仿真好的文件（需要經過一些仿真時間）。

主要的應用有：微帶匹配網絡、微帶電路、微帶濾波器、帶狀線電路、帶狀線濾波器、過孔(層的連接或接地)、偶合線分析、PCB板電路分析、 PCB 板干擾分析、橋式螺線電感器、平面高溫超導電路分析、毫米波集成電路(MMIC)設計和分析、混合匹配的電路分析、HDI 和LTCC 轉換、單層或多層傳輸線的精確分析、多層的平面的電路分析、單層或多層的平面天線分析、平面天線陣分析、平面偶合孔的分析等。

Lumerical RCWA 或 FDTD 來模擬衍射光柵；3.Speos 生成光輻射圖和人眼感知仿真結果。

三維脊型光波導 光子晶體是周期性排列的不同折射率介質組成的規則光學結構。某個頻率范圍的光波不能在該結構中傳播，也就是說，光子晶體存在帶隙，可以控制光子的運動。一維、二維、三維光子晶體都可以利用COMSOL進行仿真。

對比：光柵的光學功能? 上述的像素效應可以用相似光學功能的2D周期結構的進行比較。? 所示函數(Ex的振幅)相當于一個SLM，其像素提供一個常數位相函數。? 通過這種光柵，能夠將光衍射到幾個衍射級次，衍射級次分布在x-和y-方向(由于二維光柵結構)。? 級次越高振幅衰減越快，所以只有0級，1級以及2級貢獻了主要的光強部分。

2.2FDTD仿真方法與結構設計研究采用3D時域有限差分（FDTD）電磁仿真技術（Ansys Lumerical FDTD模擬套件）作為主要研究工具，該方法能夠精確求解麥克斯韋方程組，捕捉亞波長尺度的電磁場分布，特別適合處理多層薄膜結構中的光干涉和外耦合效率。

從軟件中光柵的結構建模、分析，到光波導的結構設計，光柵的尺寸設計，再到準直系統和整體完整的光波導結構設計，最后是對于系統的追跡和分析。OAS 展示了其對于衍射光波導的跨尺度的仿真，軟件追跡過程中對于不同的元件應用相應的追跡算法，以達到整體系統級別的仿真與計算分析。

4.使用亮度探測器，以display光源入射系統評估最終特定視場下的亮度結果，收集系統的亮度信息，使用inverse仿真計算，打開XMP結果，系統顯示圖像信息內容。當然在仿真過程中，Speos支持加入場景環境光，使得系統的環境信息和顯示信息全部疊加到用戶的視野上。

解析HFSS IC新特性，實現光芯片高速走線高效精準電磁仿真；2. 基于HFSS與Circuit協同仿真，達成CPO芯片一體化設計與優化；3. 運用PyAEDT自動化腳本，高效完成硅基MZM調制器參數化建模；4. 依托optiSLang AI瞬仿技術，提速光芯片結構多目標智能尋優；5. 借助SimClaw智能體，閉環光芯片建模仿真優化全流程。

圖7：色彩均勻性測量5.2 環境光耦合仿真分析Inverse_Env仿真結果顯示，儀表臺預留透光開口區域存在明顯亮度暗區，該區域為波導光路投射虛擬像的專用通道，仿真可精準預判儀表臺結構布局對AR HUD成像的遮擋影響，指導座艙結構協同設計。

圖2：微環調制器結構示意圖 圖3：在Lumerical CHARGE中進行電學仿真如圖2、3為一個一個基于p-i-n結的硅基微環電光調制器，微環部分由p-i-n脊形波導構成，中間部分由本征硅作為波導，兩邊分別為p型和n型重摻雜區域，通過載流子注入機制實現電壓對載流子濃度的調制。

為填補國內空白，本研究團隊研發了完全自主可控的 3D 可視化衍射光波導仿真模塊，覆蓋 k 域分析、光波導仿真與優化全過程，可納入微投影光機和人眼模型實現全維度仿真。

圖4：為3-U 立方體衛星完成光學機械設計 在光機械設計完成后，可以使用仿真工具，在Creo Parametric中對這些組件對光學性能的影響進行仿真。在最后的仿真中，完整光機械模型被太陽能電池板包裹裝配。 光線追跡仿真驗證了光機械對光學性能沒有重大影響。

圖9 仿真示意圖圖9 仿真示意圖MRR是一種高Q值結構，它可以在環形諧振腔中捕獲多次往返的光。與非諧振器件相比，高Q值結構需要更長的仿真時間，因此我們將默認的仿真時間（1000fs）增加到5000fs，因為如果仿真時間設置得不夠長，會導致仿真結束時并未達到收斂值，使得場衰減，頻域監測結果等不準確。

紅外分析原理：吸收紅外光能量，引起具有偶極矩變化的分子的振動、轉動能級躍遷；譜圖的表示方法：相對透射光能量隨透射光頻率變化；提供的信息：峰的位置、強度和形狀，提供功能團或化學鍵的特征振動頻率。紅外吸收光譜主要用于結構分析、定性鑒別及定量分析。

光波導結構 使用光波導組件及其靈活的區域定義，可以在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。 隨著增強現實和混合現實(AR&MR)領域新技術的出現，使光學光波導越來越受歡迎。為了對此類結構進行建模和設計，VirtualLab Fusion使用其強大的光波導工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結構以及內外耦合器的不同區域。