：光学
探索多物理场仿真的无限可能
光学仿真对于预测通信系统、传感器、激光元件、照相机、光刻系统、等离子超材料、光子晶体等的性能至关重要，可以帮助工程师和研究人员开发和实施创新理念，找到提高带宽或空间分辨率的最佳配置。通过在设计过程早期引入多物理场仿真，可以降低试错成本，并在虚拟条件下全面地分析产品性能。
COMSOL Multiphysics® 提供了全波仿真、射线追踪和其他近似仿真方法，能够对从亚波长范围到光学大尺寸的各种常见应用场景进行高效模拟，软件中所具有的强大多物理场耦合仿真功能，可以准确地呈现真实世界中涉及温度变化、机械应力、变形或电光调制等效应。
本次 COMSOL 光学主题日将展示如何利用多物理场仿真激发光学产品创新、优化设计，并加深对产品的理解。来自行业内的嘉宾和 COMSOL 工程师将通过主题演讲和小型课程，与您深入探讨光学仿真的无限可能及应用。
欢迎您邀请同事及好友参加此次活动，请查阅和分享页面下方的日程表，了解活动的具体安排。
日程安排
光学是通信、医疗、传感器、量子计算和制造等行业的关键技术，大量的光学元件被应用在这些领域中。多物理场仿真能够对从亚波长范围到光学大尺寸的应用场景进行高效模拟，有助于加快光学器件、集成光路的研发速度，并考虑光学系统中普遍存在的热、电-光、应力-光和等离子体等多种效应及其之间的相互影响。
COMSOL Multiphysics® 凭借其独特的仿真功能，已在光学行业中得到广泛应用。用户能够有效地预测和优化各类光学元件，了解并利用多物理场耦合来开发优秀产品。此外，COMSOL Multiphysics® 还提供了 App 开发器、模型管理器和 COMSOL Compiler™，为跨部门协同工作和结构化高效管理仿真项目提供了一个强大的生态系统。
本环节中，我们将概述如何使用 COMSOL Multiphysics® 进行高效的光学仿真，并重点介绍如何创建独立的仿真 App，从而将仿真技术的使用范围变得更加广泛。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，张斯特
表面带有微纳结构的光学表面现已成为高端光学系统的重要组成部分。反射式短波光学系统中需要大量使用镀膜表面，这些镀膜可有效提升反射效率，但会同时引入额外波前误差，在精密光学系统设计中必须仔细分析。
本次演讲将展示如何使用 COMSOL 多物理场仿真软件对多层镀膜结构进行精确电磁分析，并介绍一种镀膜引入光学效应的高效仿真算法。
中国科学院上海光学精密机械研究所，于飞
有限元方法广泛应用于光纤光学研究，尤其在光波导模式分析应用中，具有易于上手、计算精度高的优点。COMSOL 多物理场仿真软件是理解和分析复杂应用场景下的光纤模式演化问题的有利工具。
本次演讲介绍了研究团队在微结构空芯光纤模式分析、多芯光纤设计、大功率光纤激光放大器中 TMI 效应建模和基于CO2 激光的光纤器件仿真后处理中的研究工作。
华中科技大学，余洪斌
由于具备众多优异特性，近年来围绕太赫兹波段功能器件及系统的设计开发已经成为了研究热点之一。然而，传统自然材料受限于其固有属性，很难对太赫兹波产生显著的电磁响应，极大限制了太赫兹相关领域的研究。相较于此，超材料凭借其人工可操纵性，通过结构设计和参数优化，可以有效弥补上述问题。但是，大多数太赫兹超材料设计缺乏动态调制能力，一旦结构加工完成，功能即固定，使用灵活性不足。与此同时，当前提出的一些可调超材料设计，调制过程复杂，集成化与微型化困难，导致应用受限。
本次演讲将介绍基于集成气压驱动方式设计并实现具有动态偏振调制能力的可调太赫兹超材料的相关研究，以及 COMSOL 多物理场仿真软件在其中的应用。
光波导的设计和优化在通信行业和基础研究中至关重要。对更高带宽的需求不断增长，导致铜基信号传输逐渐被单模或多模传输的光纤技术所取代。如今，越来越多的光学元件被集成在毫米级芯片上，光学实验也侧重于基于光纤的传感器和纳米结构波导，多物理场仿真技术因此变得更加重要。
COMSOL Multiphysics® 中的波动光学仿真功能可用于优化阶跃折射率光纤、微结构光纤、光子晶体光纤和光波导，以最大限度地减少损耗和模式混合。此外，软件还具有独特的多物理场耦合仿真功能，可用于考虑应力-光学效应、热膨胀等。
本环节中，您将了解如何使用 COMSOL 多物理场仿真软件对光波导进行仿真和优化。
光学系统经常需要在高海拔、太空和水下等恶劣环境中工作，承受高结构载荷和极端温度。同样，高功率激光和核应用中的光学设备也要经受极端条件的考验。
全面考虑这些环境影响的准确方法是使用结构-热-光学性能（STOP）分析进行数值模拟，这是一个典型的多物理场问题。COMSOL Multiphysics® 具有独特的 STOP 分析功能，可将热膨胀和折射率分布与射线光学轨迹的变化完全结合起来，这对于激光制造等领域至关重要。
本环节中，我们将展示如何使用 COMSOL 中的射线光学仿真功能将射线追踪模拟与结构和热分析相结合，形成完全自洽的 STOP 模型。
在通信、能源和智能传感等领域，半导体器件的性能和效率是实现技术突破和提升的关键之一。COMSOL Multiphysics® 多物理场仿真软件提供了强大的工具，可用于了解、设计和改进半导体器件和材料。
COMSOL 多物理场仿真软件为半导体器件提供了专用的半导体模块，可以深入进行原理级仿真，适用于包括基于漂移扩散方程的传统半导体器件如 PD、CMOS、MOSFET、MESFET，考虑隧穿效应或量子限域效应的器件如隧道二极管、HEMT，以及通过薛定谔-泊松方程描述的量子系统如量子阱和量子点等。此外，还支持模拟与光、热和化学效应相互作用的多物理场现象与应用，例如光电二极管、LED、ISFET 等。
本环节中，我们将介绍 COMSOL 软件中的半导体器件仿真功能，并通过演示，展示软件的易用性。
等离激元通常基于金属或金属-电介质界面上电荷的集体振荡实现，在生物光子传感、显微镜、通信和彩色滤光片等光学技术领域具有巨大的创新潜力。
COMSOL Multiphysics® 提供的波动光学仿真功能，可以用于研究纳米粒子、线光栅、表面等离极化激元、超材料，以及石墨烯等二维材料中的光学效应。此外，软件还可以模拟当表面等离激元效应与周期性结构相结合形成超材料时产生的独特物理现象。
本环节中，您将了解如何分析等离激元光学，并探索如何对隐形和非凡光传输等应用进行仿真。
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2024 年 8 月 22 日 | 13:30 (UTC+08:00)
特邀嘉宾
张斯特，2018 年于德国耶拿大学阿贝光子学院获得博士学位，其后担任德国 LightTrans 公司技术总监。2021 年加入中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，现任光学系统先进制造重点实验室（中国科学院）副主任，在物理光学仿真计算与软件技术方面拥有十余年研究工作经验。
于飞，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员，博士生导师，国科大杭州高等研究院双聘教授，入选中科院”百人计划”。于飞研究员师从光子晶体光纤发明人 Jonathan C. Knight 教授，长期从事微结构光纤研究，共发表 SCI 期刊论文 100 余篇。
余洪斌，光学工程博士，华中科技大学光学与电子信息学院教授，受聘湖北省楚天学者特聘教授。历任新加坡国立大学研究员和高级研究员、新加坡科技局微电子研究院项目首席科学家（PI）、新加坡国立大学机械工程系客座助理教授。余洪斌教授长期致力于基于 MEMS/MOEMS 技术新型功能器件的结构设计、制备工艺、封装测试及其系统应用方面的研究工作。近年在国内外核心期刊上发表论文 90 余篇，申请和获授权国内、国际专利 28 项。