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人們對被限制在沿表面傳播的電磁波，例如表面等離激元(SPPs)，有很大的研究興趣，因為它在納米級光控制中有著潛在應(yīng)用。在這篇文章中，我們將討論如何設(shè)置一個仿真來可視化表面等離激元的傳播以及頻率-波矢量色散關(guān)系。表面等離激元簡介電磁學(xué)的控制方程，也就是麥克斯韋方程組，可能看起來很簡單，但它們的含義卻極為廣泛和深刻。

相應(yīng)地，光柵分析必須使用基于矢量電磁場原理的方法。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)。

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)。

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。

寫在前面仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術(shù)語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進(jìn)趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。

超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學(xué)上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設(shè)計難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構(gòu)件的特性。

超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學(xué)上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設(shè)計難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構(gòu)件的特性。

目前，主要的水下無損檢測技術(shù)有水下成像檢測、水下超聲波檢測、水下磁粉檢測等。水下成像檢測對水質(zhì)要求比較高，當(dāng)水質(zhì)渾濁的情況下難以發(fā)現(xiàn)缺陷。水下超聲波檢測主要針對焊縫內(nèi)部缺陷的檢測、水下鋼結(jié)構(gòu)的檢驗和評價，通常需要水下和陸地上同時進(jìn)行檢測，需去掉待測試件表面涂層。水下磁粉檢測對水流要求嚴(yán)格，不能應(yīng)用于流速過快的水下，需要檢測對象表面光滑。

本文復(fù)現(xiàn)了超表面中偏振轉(zhuǎn)換型超表面，參考的文獻(xiàn)是《一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計》-于惠存，一種超寬帶反射型極化轉(zhuǎn)換超表面設(shè)計_于惠存.pdf具體模型如下在介質(zhì)板上面鋪有H型金屬片，在介質(zhì)板下方有一整塊金屬將電磁波完全反射。左旋圓偏光入射到該超表面上，反射光為右旋圓偏光。實現(xiàn)對反射光的一種偏振轉(zhuǎn)換。

Step5：加天線一體化仿真按照口徑場的位置，將建模完成相位調(diào)控超表面，放置于喇叭天線上方，并進(jìn)行一體化仿真，對比喇叭天線和喇叭-相位調(diào)控超表面遠(yuǎn)場方向圖的仿真結(jié)果：加載相位調(diào)控超表面后，喇叭天線的增益從17.1dB提高至19.4dB，提高了2.3dB，相應(yīng)的，主瓣波束寬度也顯著減小，即相位調(diào)控超表面實現(xiàn)了波束聚焦的目的。

對于設(shè)計，人們根據(jù)擬實現(xiàn)的超表面，對每個結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行參數(shù)化，即確定在什么空間位置對反射或透射光的幅度、相位或極化進(jìn)行怎樣的改變。而后利用仿真軟件，通過掃描結(jié)構(gòu)的幾何與電磁參數(shù)，設(shè)計出結(jié)構(gòu)單元。雖然設(shè)計過程以數(shù)值仿真為主，但指導(dǎo)與理解設(shè)計依賴于微納光子學(xué)中的物理概念，包括諧振、幾何相位、傳播相位等等。 設(shè)計完成后，人們對超表面進(jìn)行加工。

電磁場分析邊界條件 磁通量平行邊界 電磁場分析需要建立空氣域，空氣域外表面施加磁通量平行邊界，如圖3藍(lán)色高亮所示。

圖2 電磁爐內(nèi)部計算域網(wǎng)格2.3 流體控制方程仿真模型基于RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）方程。2.4 邊界條件設(shè)置電磁爐系統(tǒng)中共有四個熱源，分別為微晶面板上表面、線圈盤、IGBT和整流橋。微晶面板上表面的熱量主要來自鍋體，可為微晶面板上表面設(shè)置與鍋體相同的固定溫度，因此當(dāng)模擬燒水時，可設(shè)置微晶面板上表面為100℃。

折射率生物傳感器的靈敏度S定義為Δf/Δn，其中Δf是將分析物置于超表面上時的共振頻率偏移，Δn 表示模擬分析物的折射率。準(zhǔn)BIC模式的電磁能量集中在諧振器的邊緣，而本征模式的電磁能量位于諧振器中間的連接處（圖6）。

以1臺超高速PMSM為例，依據(jù)電機實際尺寸，建立了電機電磁場模型和定子結(jié)構(gòu)的3D模態(tài)模型。采用有限元法對該電機的徑向電磁力進(jìn)行仿真，分析了引起電機振動的主要電磁力諧波次數(shù)，確認(rèn)了電機電磁噪聲的主要來源。

如何對衍射光學(xué)元件進(jìn)行仿真和設(shè)計？衍射光學(xué)元件的復(fù)雜性和小尺度使其成為了3D電磁仿真軟件的理想備選方案。例如，對于超透鏡，仿真可以幫助研究人員檢查元原子的位置和大小，以對光通過不同布局的衍射進(jìn)行仿真。仿真可幫助設(shè)計人員分析由衍射光學(xué)元件調(diào)制時的場分布、遠(yuǎn)場方向圖和波前變化。

從圖8仿真結(jié)果可知，動力總成機身附近的聲功率較大，這是由于徑向電磁激振力直接作用在電機定子鐵心內(nèi)表面，而隨著聲場的擴大，聲場呈射線狀散開。圖8 動力總成殼體結(jié)構(gòu)輻射聲場聲壓級分布 圖9(a)為電機表面某點的聲壓曲線，可以看出，切向電磁力對電機表面的聲壓級貢獻(xiàn)不大，只是在2400Hz左右有4dB的差別。

超透鏡和超表面因其操縱電磁場的獨特特性而在科學(xué)上聲名鵲起，如今它們的制造已經(jīng)變得可行。但它們的設(shè)計難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)鏡片，因為必須考慮到納米級構(gòu)件的特性。

對復(fù)材內(nèi)外表面設(shè)置熱表面屬性：假設(shè)外表面在巡航速度下，設(shè)對流熱交換系數(shù)為90W/m2/K；內(nèi)表面為靜止空氣，設(shè)對流熱交換系數(shù)為4W/m2/K。邊界條件設(shè)為絕熱7.開始仿真，獲得溫度分布結(jié)果。