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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。

利用超表面來構造波片是一個不錯的idea。比如很傳統的L型金屬三明治結構的反射型超表面就可以實現玻片功能。</p><p>下面是對于一篇論文的結果復現，作者設計了一個三明治結構，底層一個金屬層做全反射，中間的介質層調控FP腔的尺寸，上面的L型金屬條負責入射光x偏振轉換為y偏振的反射光，整體結構實現了一個反射型半波片的功能。為了表征轉換效果，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 這一業界領先的光子學仿真軟件，結合其強大的反設計優化功能，來實現高性能超表面Color Router的自動化設計。

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

此外，HFSS還可以使用現成的3D Component模型進行仿真，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模型包含所有相關信息，例如材料、幾何結構、設計參數和邊界條件，并且可以集成到三維電磁仿真中。許多組件供應商向客戶提供HFSS 3D Component，以便客戶可以直接在他們的設計中使用這些組件。

HFSS模擬去除8.5mm的控制器（底部）預測效率為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 模型中假設的一個參數。工程師對仿真模型進行了這一更改，結果顯示效率下降了25%（匹配上了實驗值并驗證了HFSS對這類模擬的準確性）。

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

這是一個簡單但常見的超原子結構的案例：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參考文獻選擇為硅(圓盤)、玻璃(襯底)和空氣(背景)。

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

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可以仿真面向機載、車載、星載、艦載等各種平臺的天線布局問題，得到復雜天線系統在考慮運載平臺影響下的天線性能和在平臺表面及內部/周圍空間產生的電流/電場分布。

這是一個簡單但常見的超原子結構的案例：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參考文獻選擇為硅(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。

點擊藍字 關注我們 光波導+超表面解決方案線下活動當下，AR/VR、光通信、超透鏡、微納成像等領域飛速發展，光波導作為 AR 顯示核心、超表面作為光學系統小型化關鍵，設計與仿真難度陡增。2026年5月15日，OAS 光學軟件光波導仿真 + 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/超表面仿真設計核心技能。

當前仿真工具的效率仍難以滿足復雜超表面設計的需求，開發更高效的仿真技術，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域的應用與局限由于光信號具有高速傳播的特性，在納米尺度構建基于光信號的快速、低功耗計算系統，一直是科研人員的重要研究目標，而光學超表面恰好為這一目標的實現提供了理想平臺。

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

?為減少計算時間和內存,并保證結果的有效性和與試驗的一致性,仿真的線纜長度設定為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)導入電磁仿真軟件HFSS中?2.2 數值計算仿真HFSS軟件采用有限元法進行仿真?在仿真求解器運行前,需要設置激勵源和邊界條件

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

仿真計算將提供超聲波信號的響應和分布。6. 分析結果：通過分析仿真結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。COMSOL提供了豐富的后處理工具，用于可視化和分析仿真結果。