專題二

（在線直播五天）

RSoft光電器件設(shè)計(jì)仿真技術(shù)與應(yīng)用

（詳情內(nèi)容點(diǎn)擊查看）

2022年12月31日-2023年01月02日

2023年01月07日-2023年01月08日

專題三

（在線直播四天）

FDTD 時(shí)域有限差分?jǐn)?shù)值模擬方法與應(yīng)用

（詳情內(nèi)容點(diǎn)擊查看）

2023年01月07日-2023年01月08日

2023年01月14日-2023年01月15日

案例一

光子晶體能帶分析、能譜計(jì)算、光纖模態(tài)計(jì)算、微腔腔膜求解

案例二

類比凝聚態(tài)領(lǐng)域魔角石墨烯的moiré 光子晶體建模以及物理分析

案例三

傳播表面等離激元和表面等離激元光柵等

案例四

超材料和超表面仿真設(shè)計(jì)，周期性超表面透射反射分析

案例五

光力、光扭矩、光鑷力勢場計(jì)算

案例六

波導(dǎo)模型（表面等離激元、石墨烯等）本征模式分析、各種類型波導(dǎo)傳輸效率求解

案例七

光-熱耦合案例

案例八

天線模型

案例九

二維材料如石墨烯建模

案例十

基于微納結(jié)構(gòu)的電場增強(qiáng)生物探測

案例十一

散射體的散射,吸收和消光截面的計(jì)算

案例十二

拓?fù)涔庾訉W(xué)：拓?fù)溥吘墤B(tài)和高階拓?fù)浣菓B(tài)應(yīng)用仿真

案例十三

二硫化鉬的拉曼散射

案例十四

磁化的等離子體、各向異性的液晶、手性介質(zhì)的仿真

案例十五

光學(xué)系統(tǒng)的連續(xù)譜束縛態(tài)

案例十六

片上微納結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)(特殊情況下，利用二維系統(tǒng)來有效優(yōu)化三維問題)

案例十七

形狀優(yōu)化反設(shè)計(jì)：利用形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)波導(dǎo)帶通濾波器

案例十八

非厄米光學(xué)系統(tǒng)的奇異點(diǎn)：包括PT對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和光子晶體板系統(tǒng)等

案例十九

微納結(jié)構(gòu)的非線性增強(qiáng)效應(yīng)，以及共振模式的多極展開分析

案例二十

學(xué)員感興趣的其他案例

（二） 軟件操作系統(tǒng)教學(xué)：

COMSOL

軟件入門

初識(shí)COMSOL仿真——以多個(gè)具體的案例建立COMSOL仿真框架，建立COMSOL仿真思路，熟悉軟件的使用方法

COMSOL軟件基本操作

?  參數(shù)，變量，探針等設(shè)置方法、幾何建模

?  基本函數(shù)設(shè)置方法，如插值函數(shù)、解析函數(shù)、分段函數(shù)等

?  特殊函數(shù)的設(shè)置方法，如積分、求極值、求平均值等

?  高效的網(wǎng)格劃分

前處理和后處理的技巧講解

?  特殊變量的定義，如散射截面，微腔模式體積等

?  如何利用軟件的繪圖功能繪制不同類型的數(shù)據(jù)圖和動(dòng)畫

?  數(shù)據(jù)和動(dòng)畫導(dǎo)出

不同類型求解器的使用場景和方法

COMSOL

軟件進(jìn)階

COMSOL中RF、波動(dòng)光學(xué)模塊仿真基礎(chǔ)

?  COMSOL中求解電磁場的步驟

?  RF、波動(dòng)光學(xué)模塊的應(yīng)用領(lǐng)域

RF、波動(dòng)光學(xué)模塊內(nèi)置方程解析推導(dǎo)

?  亥姆霍茲方程在COMSOL中的求解形式

?  RF方程弱形式解析，以及修改方法(模擬特殊本構(gòu)關(guān)系的物質(zhì))

?  深入探索從模擬中獲得的結(jié)果

（如電磁場分布、功率損耗、傳輸和反射、阻抗和品質(zhì)因子等）

邊界條件和域條件的使用方法

?  完美磁導(dǎo)體和完美電導(dǎo)體的作用和使用場景

?  阻抗邊界條件、過度邊界條件、散射邊界條件、周期性邊界條件的作用

?  求解域條件：完美匹配層的理論基礎(chǔ)和使用場景、 PML網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)

?  遠(yuǎn)場域和背景場域的使用

?  端口使用場景和方法

波束包絡(luò)物理場的使用詳解

波源設(shè)置

?  散射邊界和端口邊界的使用方法和技巧（波失方向和極化方向設(shè)置、S參數(shù)、反射率和透射率的計(jì)算和提取、高階衍射通道反射投射效率的計(jì)算）

?  頻域計(jì)算、時(shí)域計(jì)算

?  點(diǎn)源,如電偶極子和磁偶極子的使用方法

材料設(shè)置

?  計(jì)算模擬中各向同性,各向異性,金屬介電和非線性等材料的設(shè)置

?  二維材料,如石墨烯、MoS2的設(shè)置

特殊本構(gòu)關(guān)系材料的計(jì)算模擬(需要修改內(nèi)置的弱表達(dá)式)

網(wǎng)格設(shè)置

?  精確仿真電磁場所需的網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn)

?  網(wǎng)格的優(yōu)化

案列教學(xué)

COMSOL WITH MATLAB功能簡介

? COMSOL WITH MATLAB 進(jìn)行復(fù)雜的物理場或者集合模型的建立(如超表面波前的衍射計(jì)算)

? COMSOL WITH MATLAB 進(jìn)行復(fù)雜函數(shù)的設(shè)置(如石墨烯電導(dǎo)函數(shù)的設(shè)置和仿真)

?  COMSOL WITH MATLAB 進(jìn)行高級(jí)求解運(yùn)算和后處理

?  COMSOL WITH MATLAB求解具有色散材料的能帶

Rsoft基礎(chǔ)入門

1、RSoftCAD 使用方法

1.1 RSoftCAD界面的常規(guī)介紹，總體和局部器件參數(shù)的設(shè)置

1.2 不同2D、3D器件的建立方式

1.3 用戶自定義taper形的設(shè)置

1.4 用戶自定義profile折射率分布的設(shè)置

1.5 自定義材料參數(shù)的編輯，色散模型的建立

1.6 多邊形和其它常規(guī)器件的建立

1.7 器件中次層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)入，陣列光子晶體的產(chǎn)生等等

1.8 輸出圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)出及讀取

1.9 常規(guī)及特殊函數(shù)的使用

無源器件系列仿真

2、FullWAVE（FDTD）模塊學(xué)習(xí)

2.1   FullWAVE（FDTD）模塊的算法原理，使用原則，應(yīng)用范圍等

2.2   輸入場Launch設(shè)置的各種設(shè)置（包括時(shí)間空間設(shè)置）

2.3.監(jiān)測器的設(shè)置

2.3.1   各種場，能量等的單值及空間分布監(jiān)測

2.3.2   以及隨波長或頻率變化輸出

2.3.3   監(jiān)測不同時(shí)間或空間下各種參數(shù)的時(shí)時(shí)分布狀態(tài)。

2.4   各種特性的測試和輸出（包括各種場的輸出，監(jiān)視器參數(shù)輸出）

2.5   輸出參數(shù)收斂的計(jì)算方法等

3、實(shí)例計(jì)算：

?  二維光子晶體光學(xué)微腔共振波譜

?  品質(zhì)因子及模態(tài)分布計(jì)算

?  輸入輸出參數(shù)、偶合/特別是overlap的理解及應(yīng)用

?  傳播功率、損耗等

?  光通過微器件后的透射、反射譜等

?  scan參數(shù)的使用，包括自定義參數(shù)設(shè)置

光纖波導(dǎo)、微波導(dǎo)、硅光電子器件模擬

4、BeamPROP（BPM）模塊學(xué)習(xí)

4.1   BeamPROP（BPM）算法原理介紹及應(yīng)用范圍

4.2 光源launch的設(shè)置（slabmode,fibermode等各種輸入源區(qū)別及使用）

4.3   pathway路徑的設(shè)置、各種monitor的區(qū)別及使用

4.4   輸出參數(shù)設(shè)置

4.5  模態(tài)的計(jì)算，兩種模態(tài)計(jì)算方法（iterative, correction）的區(qū)別及使用范圍

5、實(shí)例計(jì)算：

?  單模，多模光纖的模式計(jì)算

?  彎曲波導(dǎo)中的損耗計(jì)算

?  廣角傳輸時(shí)各種參數(shù)設(shè)置

?  各種半導(dǎo)體光器件，如硅波導(dǎo)偶合器等

?  Zehnder調(diào)制器、SOI光子探測器等進(jìn)行模擬分析

?  其他學(xué)員感興趣相關(guān)器件計(jì)算分析

?  scan參數(shù)的使用，包括自定義參數(shù)設(shè)置

多物理場情況下的計(jì)算分析

6、Multiphysics   的原理及應(yīng)用范圍

6.1   介紹幾種常見的影響光傳輸物多物理現(xiàn)象

（如熱光，電光及應(yīng)力等效應(yīng)對(duì)折射率的影響）

7、實(shí)例計(jì)算：結(jié)合beampro等算法計(jì)算，分析在以上幾中不同多物理效應(yīng)下，光傳播變化

光纖光柵結(jié)構(gòu)、光學(xué)模擬

8、Diffractmode模塊、Gratingmode模塊學(xué)習(xí)（結(jié)合beamprop進(jìn)行講解，并以不同專業(yè)方向?yàn)槔?，讓學(xué)員更系統(tǒng)理解模塊之間的關(guān)聯(lián)，以便更能靈活應(yīng)用）

8.1 Diffractmode模塊的原理及應(yīng)用領(lǐng)域

8.2 輸入光源及不同輸入位置設(shè)置

8.3 monitor原理及設(shè)置，包括可監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的物理原理

8.4 Gratingmode 模塊原理及應(yīng)用范圍

8.5 各種參數(shù)的設(shè)置

9、實(shí)例教學(xué)

?  計(jì)算周期性光柵結(jié)構(gòu)的衍射，反射，透射以及吸收。

?  以二維三維光柵為例，計(jì)算光的零級(jí)及多級(jí)反射，透射及衍射。

?  單波長在器件中的場分布

?  多波長在器件中的各種參數(shù)輸出

?  長周期光纖光柵反射及透射的分析

短周期光纖光柵反射及透射的分析

FDTD基礎(chǔ)入門

1  FDTD Solutions 求解物理問題的方法

1.1 FDTD與麥克斯韋方程 

1.2 FDTD中的網(wǎng)格化

2  FDTD Solutions 特點(diǎn)與應(yīng)用

3  FDTD功能與使用

?  主窗口——CAD人機(jī)交互界面

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模擬編輯器:主標(biāo)題欄、工具條、實(shí)體對(duì)象樹實(shí)體對(duì)象庫、腳本提示與腳本編輯窗口

FDTD仿真流程

4  FDTD仿真通用流程

?  激勵(lì)光源選擇及設(shè)置（以左旋圓偏光的設(shè)置為例）

?  模擬的實(shí)體對(duì)象：基底、結(jié)構(gòu)（Structures）的選擇及設(shè)置

?  仿真區(qū)域及其設(shè)置（以區(qū)域大小設(shè)置及mesh選擇為例）

?  不同監(jiān)視器功能及使用（以超構(gòu)表面頻域功率監(jiān)視器設(shè)置為例）

?  材料庫與材料瀏覽器（以多晶硅與二氧化鈦的數(shù)據(jù)導(dǎo)入為例）

?  模擬計(jì)算與分析：資源管理、運(yùn)行模擬

結(jié)果分析：視覺化器使用Visualize、使用腳本進(jìn)行高級(jí)分析

FDTD仿真實(shí)例

5   FDTD仿真進(jìn)階技能

?  FDTD腳本操作基本技能

?  Matlab與FDTD的導(dǎo)入與導(dǎo)出

?  利用群組構(gòu)建復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)及復(fù)雜周期性結(jié)構(gòu)

?  利用腳本進(jìn)行復(fù)雜光源設(shè)置

實(shí)例內(nèi)容：

（一）波導(dǎo)截面本征模式分析

（二）利用導(dǎo)入光源進(jìn)行任意光源設(shè)置

（三）利用MATLAB計(jì)算結(jié)果及腳本設(shè)置超構(gòu)表面—生成全息圖形

（四）利用腳本構(gòu)建波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

（五）設(shè)置Pancharatnam–Berry型超構(gòu)表面的結(jié)構(gòu)，單元旋向及位置

（六）通過相位疊加螺旋相位模擬生成漩渦光

（七）利用腳本的導(dǎo)出結(jié)果及MATLAB結(jié)果分析—偏振轉(zhuǎn)換效率計(jì)算

（八）超構(gòu)表面的透過率/聚焦效率的分析

（九）傳輸型超構(gòu)表面單元的結(jié)構(gòu)掃描與選取

（十）傳輸型超構(gòu)表面的相位分布設(shè)置

（十一）不同偏振態(tài)的光入射下，驗(yàn)證傳輸型超構(gòu)表面的偏振不敏感性

（十二）利用腳本由近場計(jì)算遠(yuǎn)場

模擬論文復(fù)現(xiàn)

5 PB型超構(gòu)表面設(shè)計(jì)：生成聚焦及渦旋光斑

----（根據(jù)發(fā)表在Science上的論文）

6 PB型超構(gòu)表面設(shè)計(jì)：生成Airy光束

----(根據(jù)發(fā)表在ACS NANO上的論文)

7 傳輸型超構(gòu)表面設(shè)計(jì)：生成Airy光束

----（根據(jù)發(fā)表在Photonics Research上的論文）

8 漸變耦合雙波導(dǎo)設(shè)計(jì)：波導(dǎo)本征模式轉(zhuǎn)換

----（根據(jù)發(fā)表在Physical Review Letters上的論文）

9 L型截面波導(dǎo)設(shè)計(jì)：不同偏振波導(dǎo)本征模式轉(zhuǎn)換

----（根據(jù)發(fā)表在Physical Review Letters上的論文）