談談射頻設計中電磁場的重要性

射頻美學 2023-03-30 07:03

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光電作為物理類專業課程中極為重要的一部分，其教學內容一直受到各個高校的重視。結合目前許多學生對實驗開展的痛難點，將軟件仿真引入實驗當中，通過軟件的可視化處理有效直觀的展示光電仿真的流程，與實驗數據結合，使得文章內容具有說服力、預見性和新穎性。

為解決大家在光學軟件仿真學習過程中遇到的問題，應廣大新老客戶的學習需求特舉辦“COMSOL多物理場/RSoft光電器件仿真設計”系列專題線上培訓班，本次培訓主辦方為北京軟研國際信息技術研究院，承辦方互動派（北京）教育科技有限公司，具體相關事宜通知如下：

專題一	COMSOL光電仿真技術與應用（詳情內容點擊查看） 2023年04月15日-04月16日 2023年04月22日-04月23日（在線直播四天）
專題二	RSoft光電器件設計仿真技術與應用（詳情內容點擊查看） 2023年04月15日-04月16日 2023年04月22日-04月23日（在線直播四天）

培訓特色

線上實訓、Step?by?step的教學方式、課堂上連麥答疑、課后提供無限次回放視頻，發送全部案例模型文件，建立永不解散的課程群，長期互動答疑；以具體案例和科研論文為實例，討論在處理具體問題時如何應用專業軟件以及如何做出能夠發表的結果；

每一專題課程均通過多個場景案例的應用實例講解，學習借助相應軟件在不同的應用環境下分析、評估、預測行業中涉及器件的性能的方法，使光電子器件設計滿足當前和未來的發展。

學員反饋/課堂答疑/學習成果

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培訓講師

COMSOL

來自國家“雙一流”建設高校、“211工程”“985工程”重點高校。授課講師有著豐富的COMSOL使用經驗，以第一通訊作者在《Nature Communications》、《 Physical Review Letters》、《Advanced Materials》等國際Top期刊發表論文數十篇。擅長領域：微納光子學、拓撲光子學、非厄米光子學、光芯片、電磁超材料器件等。

RSoft

浙江省高校教師，博士畢業于中科院半導體研究所，主要從事半導體微納光電器件研究。對RSoft軟件多模塊有較深入的理論及實踐應用經驗。

培訓大綱

COMSOL 多場耦合仿真技術與應用

（一）案列應用實操教學：
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

部分案例圖示：

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RSoft光電器件設計仿真技術與應用

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）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
光體結構仿真與優化	7、LED Utility（LED）模塊學習 7.1? ?圖形化光子晶體結構的的畫法 7.2? ?邊界條件的設置，包括PML、PEC邊界條件 7.3? ?點光源設置 7.4? ?監視器（monitor）的設置 7.5? ?遠場近場的輸出 7.6? ?計算收斂研究實例計算：以常見光子晶體2D/3D發光材料為例進行詳細講解。獲取Purcell因子，光子萃取效率等參數。