Обновления модуля Волновая оптика

Для пользователей модуля Волновая оптика COMSOL Multiphysics® версии 5.6 стали доступны специализированное исследование для проведения свипа по портам, новый тип графика для визуализации данных о поляризации дифракционных порядков, а также несколько новых учебных моделей. Подробнее об этом можно прочитать ниже.

Тип графика Polarization

Тип графика Polarization (Поляризация) отражает состояние поляризации для разных порядков дифракции, наблюдаемых в периодической структуре вроде частотно-избирательной поверхности или метаматериала. Такой тип графика используется по умолчанию, если в модель включены периодические порты. Он также может быть добавлен вручную во время постобработки. Новый тип графика продемонстрирован в модели Гексагональная решетка.

Графики состояния поляризации, построенные для трех порядков дифракции, где фазы (в радианах) показаны в радужной цветовой схеме. Пример графика поляризации Состояния поляризации для трех порядков дифракции в модели гексагональной решетки.

Исследование Time to Frequency FFT для интерфеса Electromagnetic Waves, Transient

С помощью комбинированного исследования Time to Frequency FFT теперь можно выполнять анализ широкополосных импульсных процессов. Рассчитанные на первом шаге данные во временной области затем преобразуются в частотную с помощью быстрого преобразования Фурье (FFT). Данный тип исследования теперь доступен для интерфейсе Electromagnetic Waves, Transient в модуле Волновая оптика. Использование новых возможностей можно увидеть в модели Распределенный брэгговский отражатель: расчет во временной области и FFT-преобразование в частотную область.

Линейный график передаточной функции. Сравниваются результаты, полученные с помощью прямого преобразования Фурье данных расчета во временной области и результаты стандартного расчета в частотной области. Обе линии практически совпадают. Пример использования прямого преобразования Фурье для данных расчета во временной области Передаточная характеристика для распределенного брэгговского отражателя: результаты, полученные с помощью прямого преобразования Фурье данных расчета во временной области (синяя линия) сравниваются с результатами стандартного расчета в частотной области (зеленая линия).

Новые настройки граничного условия Scattering Boundary Condition для модального анализа

Для граничного условия Scattering Boundary Condition теперь доступна опция Substract propagation constant from material wave number. Это обеспечивает возможность эффективного поглощения волн, вектор которых состоит из коэффициента распространения моды, направленного по касательной к границе, и оставшейся нормальной компоненты. Таким образом улучшается расчет потерь для волноводов с потерями в рамках модального анализа. Использование новой опции продемонстрировано в модели Вытекающие моды в микроструктурированном оптическом волокне.

Четыре изображения микроструктурированного оптического волокна: показаны тангенциальное электрическое поле, тангенциальное магнитное поле, продольное электрическое поле и продольное магнитное поле, визуализированные радужной цветовой схемой. Модель расчета микроструктурированного оптического волокна Визуализация норм тангенциального и продольного электрического и магнитного полей для одной из двух вырожденных мод, подобных HE11, в микроструктурированном оптическом волокне.

Указание входной мощности при задании гауссова пучка

При задании гауссова пучка с помощью граничных условий Scattering boundary condition и Matched boundary condition теперь можно указывать входную мощность, на основе которой будет подбираться амплитуда поля. Новый функционал продемонстрирован в модели Самофокусировка.

Визуализация нормы электрического поля Гауссова пучка в радужной цветовой схеме Гауссов пучок в лазерном стержне Нормированное электрическое поле при распространении гауссова пучка через среду с показателем преломления, зависящим от интенсивности пучка. Чем выше интенсивность, тем больше становится показатель преломления и тем плотнее фокусируется пучок.

Опорная точка на основе выражения

Подопция Reference Point (Опорная точка) для граничных условий Scattering boundary condition и Matched boundary condition теперь может быть задана на основе общего векторного выражения. Таким образом становится проще параметризовать направление распространения входящих гауссовых пучков, определяемых с помощью данных граничных условий.

Гауссов пучок в круглой области, показанный красными, белыми и синими полосами. Гауссов пучок

Гауссов пучок, распространяющийся в произвольном направлении к фокальной плоскости в центре круга.

Синхронизация параметров материала между сопряженными группами свойств

Модели материала, требующие данные об относительной диэлектрической проницаемости, показателе преломления, тангенсе угла потерь и диэлектрических потерях могут автоматически получать данные на основе заданных сопряженных свойств материала. Таким образом, если материал добавлен и заданы данные о показателе преломления, то в секции Electric Displacement Field узла Wave Equation, Electric может быть использована любая модель материала. Если требуемые параметры не доступны напрямую в материале, то они перерассчитываются с использованием правил синхронизации.

Новый порядок дискретизации для векторных задач

Теперь для расчета э/м полей доступна дискретизация конечных элементов Неделека (Nédélec) второго типа. Такой тип элемента, или функция формы, предусматривает наличие всех порядков полинома во всех направлениях для каждого компонента поля. Это способствует получению корректного решения некоторых задач с формой более низкого порядка или с более грубыми сетками, а также позволяет получить более гладкие визуализации полей в постобработке. Новый функционаля продемонстрирован в модели Пучок с орбитальным угловым моментом.

График фазы пучка с орбитальным угловым моментом в радужной цветовой схеме. Демонстрация использования новой векторной дискретизации Пучок с орбитальным угловым моментом. В модели использована новая функция формы векторного конечного элемента, что обеспечивает гладкий график изоповерхности с одинаковой фазой электрического поля.

Исследование для проведения свипа по портам

Новый шаг исследования Frequency Domain Source Sweep (Исследование в частотной области со свипом по портам) позволяет запустить исследование в частотной области с дополнительным последовательным свипом по портам (или сосредоточенным портам) и вычислить нав выходе полную матрицу S-параметров. Настройки этого исследования аналогичны настройкам для исследования Frequency Domain и намного проще тех настроек, которые проводились в прошлых версиях для организации параметрического свипа по номеру порта. Новое исследование задействуется в модели 3d волновод с изгибом в плоскости H.

Новые учебные модели

В COMSOL Multiphysics® версии 5.6 добавлено несколько новых учебных моделей для модуля Волновая оптика.