聚焦高端光源芯片與光器件研發、封測，多項前沿技術亮相！

專題二

（在線直播五天）

RSoft光電器件設計仿真技術與應用

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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 時域有限差分數值模擬方法與應用

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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、能譜計算、光纖模態計算、微腔腔膜求解

案例二

類比凝聚態領域魔角石墨烯的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計，周期性超表面透射反射分析

案例五

光力、光扭矩、光鑷力勢場計算

案例六

波導模型（表面等離激元、石墨烯等）本征模式分析、各種類型波導傳輸效率求解

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

基于微納結構的電場增強生物探測

案例十一

散射體的散射,吸收和消光截面的計算

案例十二

拓撲光子學：拓撲邊緣態和高階拓撲角態應用仿真

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、手性介質的仿真

案例十五

光學系統的連續譜束縛態

案例十六

片上微納結構拓撲優化設計(特殊情況下，利用二維系統來有效優化三維問題)

案例十七

形狀優化反設計：利用形狀優化設計波導帶通濾波器

案例十八

非厄米光學系統的奇異點：包括PT對稱波導結構和光子晶體板系統等

案例十九

微納結構的非線性增強效應，以及共振模式的多極展開分析

案例二十

學員感興趣的其他案例

（二） 軟件操作系統教學：

COMSOL

軟件入門

初識COMSOL仿真——以多個具體的案例建立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，變量，探針等設置方法、幾何建模

?  基本函數設置方法，如插值函數、解析函數、分段函數等

?  特殊函數的設置方法，如積分、求極值、求平均值等

?  高效的網格劃分

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據圖和動畫

?  數據和動畫導出

不同類型求解器的使用場景和方法

COMSOL

軟件進階

COMSOL中RF、波動光學模塊仿真基礎

?  COMSOL中求解電磁場的步驟

?  RF、波動光學模塊的應用領域

RF、波動光學模塊內置方程解析推導

?  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(模擬特殊本構關系的物質)

?  深入探索從模擬中獲得的結果

（如電磁場分布、功率損耗、傳輸和反射、阻抗和品質因子等）

邊界條件和域條件的使用方法

?  完美磁導體和完美電導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和使用場景、 PML網格劃分標準

?  遠場域和背景場域的使用

?  端口使用場景和方法

波束包絡物理場的使用詳解

波源設置

?  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置、S參數、反射率和透射率的計算和提取、高階衍射通道反射投射效率的計算）

?  頻域計算、時域計算

?  點源,如電偶極子和磁偶極子的使用方法

材料設置

?  計算模擬中各向同性,各向異性,金屬介電和非線性等材料的設置

?  二維材料,如石墨烯、MoS2的設置

特殊本構關系材料的計算模擬(需要修改內置的弱表達式)

網格設置

?  精確仿真電磁場所需的網格劃分標準

?  網格的優化

案列教學

COMSOL WITH MATLAB功能簡介

? COMSOL WITH MATLAB 進行復雜的物理場或者集合模型的建立(如超表面波前的衍射計算)

? COMSOL WITH MATLAB 進行復雜函數的設置(如石墨烯電導函數的設置和仿真)

?  COMSOL WITH MATLAB 進行高級求解運算和后處理

?  COMSOL WITH MATLAB求解具有色散材料的能帶

Rsoft基礎入門

1、RSoftCAD 使用方法

1.1 RSoftCAD界面的常規介紹，總體和局部器件參數的設置

1.2 不同2D、3D器件的建立方式

1.3 用戶自定義taper形的設置

1.4 用戶自定義profile折射率分布的設置

1.5 自定義材料參數的編輯，色散模型的建立

1.6 多邊形和其它常規器件的建立

1.7 器件中次層結構的導入，陣列光子晶體的產生等等

1.8 輸出圖形數據導出及讀取

1.9 常規及特殊函數的使用

無源器件系列仿真

2、FullWAVE（FDTD）模塊學習

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

2.2   輸入場Launch設置的各種設置（包括時間空間設置）

2.3.監測器的設置

2.3.1   各種場，能量等的單值及空間分布監測

2.3.2   以及隨波長或頻率變化輸出

2.3.3   監測不同時間或空間下各種參數的時時分布狀態。

2.4   各種特性的測試和輸出（包括各種場的輸出，監視器參數輸出）

2.5   輸出參數收斂的計算方法等

3、實例計算：

?  二維光子晶體光學微腔共振波譜

?  品質因子及模態分布計算

?  輸入輸出參數、偶合/特別是overlap的理解及應用

?  傳播功率、損耗等

?  光通過微器件后的透射、反射譜等

?  scan參數的使用，包括自定義參數設置

光纖波導、微波導、硅光電子器件模擬

4、BeamPROP（BPM）模塊學習

4.1   BeamPROP（BPM）算法原理介紹及應用范圍

4.2 光源launch的設置（slabmode,fibermode等各種輸入源區別及使用）

4.3   pathway路徑的設置、各種monitor的區別及使用

4.4   輸出參數設置

4.5  模態的計算，兩種模態計算方法（iterative, correction）的區別及使用范圍

5、實例計算：

?  單模，多模光纖的模式計算

?  彎曲波導中的損耗計算

?  廣角傳輸時各種參數設置

?  各種半導體光器件，如硅波導偶合器等

?  Zehnder調制器、SOI光子探測器等進行模擬分析

?  其他學員感興趣相關器件計算分析

?  scan參數的使用，包括自定義參數設置

多物理場情況下的計算分析

6、Multiphysics   的原理及應用范圍

6.1   介紹幾種常見的影響光傳輸物多物理現象

（如熱光，電光及應力等效應對折射率的影響）

7、實例計算：結合beampro等算法計算，分析在以上幾中不同多物理效應下，光傳播變化

光纖光柵結構、光學模擬

8、Diffractmode模塊、Gratingmode模塊學習（結合beamprop進行講解，并以不同專業方向為例，讓學員更系統理解模塊之間的關聯，以便更能靈活應用）

8.1 Diffractmode模塊的原理及應用領域

8.2 輸入光源及不同輸入位置設置

8.3 monitor原理及設置，包括可監測數據以及相應的物理原理

8.4 Gratingmode 模塊原理及應用范圍

8.5 各種參數的設置

9、實例教學

?  計算周期性光柵結構的衍射，反射，透射以及吸收。

?  以二維三維光柵為例，計算光的零級及多級反射，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中的網格化

2  FDTD Solutions 特點與應用

3  FDTD功能與使用

?  主窗口——CAD人機交互界面

計算機輔助設計（CAD）模擬編輯器:主標題欄、工具條、實體對象樹實體對象庫、腳本提示與腳本編輯窗口

FDTD仿真流程

4  FDTD仿真通用流程

?  激勵光源選擇及設置（以左旋圓偏光的設置為例）

?  模擬的實體對象：基底、結構（Structures）的選擇及設置

?  仿真區域及其設置（以區域大小設置及mesh選擇為例）

?  不同監視器功能及使用（以超構表面頻域功率監視器設置為例）

?  材料庫與材料瀏覽器（以多晶硅與二氧化鈦的數據導入為例）

?  模擬計算與分析：資源管理、運行模擬

結果分析：視覺化器使用Visualize、使用腳本進行高級分析

FDTD仿真實例

5   FDTD仿真進階技能

?  FDTD腳本操作基本技能

?  Matlab與FDTD的導入與導出

?  利用群組構建復雜幾何結構及復雜周期性結構

?  利用腳本進行復雜光源設置

實例內容：

（一）波導截面本征模式分析

（二）利用導入光源進行任意光源設置

（三）利用MATLAB計算結果及腳本設置超構表面—生成全息圖形

（四）利用腳本構建波導結構

（五）設置Pancharatnam–Berry型超構表面的結構，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）利用腳本的導出結果及MATLAB結果分析—偏振轉換效率計算

（八）超構表面的透過率/聚焦效率的分析

（九）傳輸型超構表面單元的結構掃描與選取

（十）傳輸型超構表面的相位分布設置

（十一）不同偏振態的光入射下，驗證傳輸型超構表面的偏振不敏感性

（十二）利用腳本由近場計算遠場

模擬論文復現

5 PB型超構表面設計：生成聚焦及渦旋光斑

----（根據發表在Science上的論文）

6 PB型超構表面設計：生成Airy光束

----(根據發表在ACS NANO上的論文)

7 傳輸型超構表面設計：生成Airy光束

----（根據發表在Photonics Research上的論文）

8 漸變耦合雙波導設計：波導本征模式轉換

----（根據發表在Physical Review Letters上的論文）

9 L型截面波導設計：不同偏振波導本征模式轉換

----（根據發表在Physical Review Letters上的論文）