Обновления модуля Волновая оптика

Для пользователей модуля Волновая оптика в версии COMSOL Multiphysics® 5.5 реализована возможность сопряжения модели полноволновой и геометрической оптики, добавлены новые граничные условия для запуска Гауссовых пучков и новые переменные для периодических портов. Узнать подробнее об этих нововведениях можно ниже.

Сопряжение полноволновых расчетов и трассировки лучей при моделировании

Теперь в рамках одной модели удобно сопрягать полноволновые расчеты (функционал модуля Волновая оптика) и геометрическую трассировку оптических лучей (функционал модуля Геометрическая оптика). Благодаря этому возможно моделирование электромагнитных явлений на различных масштабах. К примеру, можно быстро оценить излучение в масштабах большой закрытой комнаты — полноволновое моделирование в данном случае потребовало бы чрезмерно большого объема вычислений. Для реализации данной связки в интерфейс Geometrical Optics (Геометрическая оптика) модуля Геометрическая оптика добавлены два новых условия запуска лучей: Release from Electric Field (Запуск на основе электрического поля) и Release from Far-Field Radiation Pattern (Запуск на основе диаграммы излучения в дальней зоне), позволяющие задать все свойства источника на основе расчетных полей в ближней или дальней зоне, полученных в полноволновой модели. Новые возможности продемонстрированы в модели Геометрическая трассировка лучей на основе плоской электромагнитной волны.

Окно настроек условия запуска лучей Release from Electric Field (Запуск на основе электрического поля). Использование условия запуска лучей Release from Electric Field (Запуск на основе электрического поля) Окно настроек для условия запуска лучей Release from Electric Field (Запуск на основе электрического поля). Выбранное электрическое поле вычисляется с помощью физического интерфейса Electromagnetic Waves, Frequency Domain (Электромагнитные волны, частотная область). В графическом окне показана полноволновая модель (слева) и генерируемые лучи, окрашенные и деформированные на основе значения локального электрического поля лучей.

Задание Гауссова пучка в граничных условиях типа Scattering/Matched Boundary Condition

Для граничных условий Scattering (Рассеяние) и Matched (Согласование) добавлена новая предустановка в списке Incident field (Падающее поле). При выборе опции Gaussian beam (Гауссов пучок) можно задать распространение Гауссова пучка в произвольном направлении, для определения которого используется параксиальное приближение. Новый функционал продемонстрирован например в модели Светоделителя.

Графики поляризации и переменные на основе вектора Джонса

При использовании периодических портов теперь по умолчанию в постобработке создается график Polarization (Поляризация). Этот график отражает состояние поляризации для разных дифракционных порядков и основан на новых переменных - элементов вектора Джонса. Кроме того, для построения графиков и различных операций вычисления доступны базисные векторы, используемые для определения векторов Джонса. Новые возможности представлены в моделях Гексагональная решетка и Верификация уравнений Френеля.

График Polarization (Поляризация) для трех дифракционных порядков, построенный для модели гексагональной решетки.
График поляризации на основе элементов вектора Джонса График Polarization (Поляризация) для трех дифракционных порядков, построенный для модели гексагональной решетки.

Учет затухающих волн при задании фонового Гауссова пучка

Теперь, если для задания фонового Гауссова пучка используется опция Plane wave expansion (Разложение на плоские волны), можно включить в разложение затухающие волны, установив флажок Allow evanescent waves (Учет затухающих волн). Это может быть полезно при моделировании сильно сфокусированного гауссова пучка, радиус пятна которого меньше длины волны, исходящей от точки фокуса.

Окно настроек интерфейса Electromagnetic Waves, Frequency Domain, где задается фоновый Гауссов пучок с новой опцией. Учет затухающих волн в модели Показана опция Allow evanescent waves (Учет затухающих волн) в окне настроек. На графике отображается поле для гауссова пучка с радиусом пятна, равным половине длины волны.

Порты с опцией Slit для интерфейса Beam Envelopes

Порты с опцией Slit теперь также доступны для формулировки Unidirectional (Однонаправленный) физического интерфейса Electromagnetic Waves, Beam Envelopes (Электромагнитные волны, огибающие пучка). Slit-порты могут использоваться при распространении в системе нескольких мод, в случае если интерес представляют коэффициенты отражения/пропускания только одной из них. Порт с опцией Slit можно использовать на внутренней границе для согласования её с интересующей модой, при этом остальные моды будут поглощены в Perfectly Matched Layer (Идеально согласованные слои), который обычно размещают в области за портом.

Визуализация цилиндрического конусообразного волновода с указанием Порта с опцией Slit и PML. Цилиндрический конусообразный волновод Цилиндрический конусообразный волновод, у которого торцы согласованы под моды, поляризованные в незначительно различающихся направлениях (визуализировано стрелками). Поскольку порт справа представляет собой slit-порт, с обратной стороны которого размещен слой PML, отражения от такого порта нет, несмотря на то, что его модовое поле не соответствует модовому полю входного порта.

Опорные точки для граничных условий типа Scattering/Matched Boundary Condition

Настройка Reference Point (Опорная точка) теперь доступна для граничных условий Scattering Boundary Condition и Matched Boundary Condition в интерфейсах Electromagnetic Waves, Frequency Domain и Electromagnetic Waves, Beam Envelopes для случаев, когда в условии задается падающее поле. Опорное положение определяется как среднее положение выбранных точек. Эта функция полезна, когда материал области предполагает поглощение или усиление.

Задание Reference Point для ГУ Scattering Boundary Condition в модели  COMSOL Multiphysics. Использование Reference Point В модели для граничного условия Scattering Boundary Condition задается набор Reference Point. Для выбранных пяти точек итоговое референсное (усредненное) положение находится в центре полушария.

Утилита для ГУ Порт

Моделируя волноводную структуру произвольного размера, критической частотой отсечки зачастую пренебрегают. В результате может возникнуть ситуация, когда для анализа в частотной области будут заданы нежелательные ненужные частоты, что только лишь увеличит время расчета. Теперь эти частоты можно предварительно оценить и, при необходимости, убрать из модели. Для функции Lumped Port (Сосредоточенный порт) можно вычислить импеданс коаксиальной линии на основе относительной проницаемости, заданной пользователем. При использовании ГУ Port с опцией Rectangular или Circular аналогичная утилита позволит оценить частоту отсечки волновода также на основе относительной проницаемости, задаваемой пользователем.

Новые и обновленные учебные модели

В версии 5.5 стал доступен ряд новых моделей, а также некоторые учебные примеры были значительно обновлены.