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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)。

? 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)。

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)。

□ 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)。

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。

點擊藍(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。

薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖 技術(shù)路線： 在COMSOL軟件中對薄膜型聲學(xué)超表面的隔聲特性進(jìn)行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設(shè)置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設(shè)置薄膜的預(yù)應(yīng)力，模型框架設(shè)置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。在采用壓力聲學(xué)頻域和固體力學(xué)兩個物理場接口。

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。

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。

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。

? 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)。

薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖技術(shù)路線：在COMSOL軟件中對薄膜型聲學(xué)超表面的隔聲特性進(jìn)行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設(shè)置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對入射口出射口積分，計算入射、出射聲功率。設(shè)置薄膜的預(yù)應(yīng)力，模型框架設(shè)置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。在采用壓力聲學(xué)頻域和固體力學(xué)兩個物理場接口。

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。

在光學(xué)領(lǐng)域，光學(xué)超表面可通過亞波長微結(jié)構(gòu)對光的偏振、相位、振幅等進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，為光學(xué)系統(tǒng)的小型化與集成化提供了新途徑。 OAS 光學(xué)軟件具備強大的超表面功能，能助力科研人員與工程師便捷高效地進(jìn)行超表面相關(guān)設(shè)計與分析，其智能且方便的特性，極大地提升了超表面設(shè)計工作的效率與質(zhì)量 。

而透射/反射效率用于表征該量，其被定義為由超表面透射/反射的功率與入射到超表面孔徑上功率之間的比率。當(dāng)超表面尺寸大于光學(xué)探測光束直徑時，使用功率計即可便捷測量效率；而對于微米尺寸的小面積超表面，由于光學(xué)探測光束通常比超表面孔徑寬，則需對器件成像并選取超表面孔徑區(qū)域的信號進(jìn)行測量，也可使用 CCD 相機拍照并進(jìn)行數(shù)值后處理歸一化操作。

利用多層超表面制作空間板模型分層超材料（"空間板"）用于模仿自由空間中比元件實際厚度長得多的傳播，同時保持原始光學(xué)系統(tǒng)的成像特性。分層介質(zhì)元件本用例介紹了分層介質(zhì)元件，并概述了其選項、設(shè)置和電磁場求解器。

近期，一項發(fā)表于《Nature》的研究提出了一種基于超表面的高階光學(xué)微分器，不僅實現(xiàn)了五階微分，還將其應(yīng)用于光學(xué)超分辨率成像，分辨率突破瑞利極限，為半導(dǎo)體納米制造中的光學(xué)對準(zhǔn)提供了全新工具。高階微分器的設(shè)計原理1.Pancharatnam-Berry（PB）相位超表面PB相位超表面是一類基于幾何相位調(diào)控的超表面。

基于BIC實現(xiàn)的手性共振大多基于全介質(zhì)結(jié)構(gòu)，這里利用CST軟件去復(fù)現(xiàn)一篇金屬超表面中的外在手性BIC，題目為“Observation of Giant Extrinsic Chirality Empowered by Quasi-Bound States in the Continuum”。結(jié)構(gòu)是將金屬雙開口環(huán)刻蝕在介質(zhì)板上構(gòu)成的超表面，共振頻率位于微波段，如下圖所示。

針對上述偽影問題，雖可通過深度學(xué)習(xí)等技術(shù)計算更精準(zhǔn)的相位分布、設(shè)計更合理的超表面結(jié)構(gòu)，但對于包含數(shù)萬個納米單元的大面積超表面而言，精確模擬并補償所有干擾效應(yīng)需消耗極高的算力資源，成為超表面全息走向?qū)嶋H應(yīng)用的主要“攔路虎”。