Программное обеспечение для моделирования элементов оптических систем

Модуль Wave Optics (Волновая оптика) содержит специализированные средства анализа распространения электромагнитных волн в линейных и нелинейных оптических средах для точного моделирования компонентов и оптимизации конструкций оптических систем. С помощью этого модуля можно моделировать высокочастотные электромагнитные волны в оптических структурах, как в частотной, так и во временной области. В возможности моделирования оптических сред добавлена поддержка неоднородных и полностью анизотропных материалов, а также оптических сред с усилением или потерями. В модуле Wave Optics (Волновая оптика) имеется несколько формул (в двумерном и трехмерном вариантах) для анализа колебаний на собственных частотах, моделирования электромагнитных колебаний в частотной и во временной области. Средства постобработки, такие как алгоритмы расчета коэффициентов пропускания и отражения, позволяют рассчитывать, визуально представлять и анализировать необходимые явления.

Оптический анализ любых типов оптических сред

Модуль позволяет без затруднений выполнять моделирование оптических датчиков, метаматериалов, оптических волокон, двунаправленных ответвителей, плазмонических устройств, нелинейных оптических процессов в фотоэлектронике, а также распространения лазерных лучей. Это можно выполнять в двумерном, двумерном осесимметричном и трехмерном пространствах. Можно назначать входные и выходные порты, а также порты для автоматического вывода матриц S-параметров, содержащих полные данные о характеристиках пропускания и отражения оптической структуры с потенциально большим числом портов. Можно применять различные граничные условия для моделирования рассеивания в виде периодических или разрывных граничных условий. Идеально согласованные слои (PML) отлично подходят для моделирования распространения электромагнитных волн в неограниченном свободном пространстве, одновременно снижая затраты на вычисления. Функции постобработки дают возможность визуализации, оценки и интеграции практически любых возможных величин, поскольку можно свободно составлять математические выражения для полей и получаемых количественных параметров.

Точное оптическое моделирование инновационным методом огибающей луча

При исследовании распространения электромагнитных волн в зависимости от времени часто принимается, что все изменения во времени происходят по синусоидальному закону. Это делает задачу гармонической во времени и позволяет рассматривать ее в частотной области. Модуль Wave Optics (Волновая оптика) имеет ряд интерфейсов для моделирования такого явления. Кроме того, благодаря некоторым функциям этого модуля можно моделировать нелинейные задачи, в которых искажение сигнала невелико. Если влияние нелинейности велико, требуется полное исследование поведения устройства во времени.

При решении задач распространения волн в оптических средах традиционными методами требуется значительное число элементов для расчета каждой распространяющейся волны. Моделирование распространения света всегда связано с рассмотрением волн малой длины. Обычно моделирование компонентов и устройств, размеры которых много больше длины волны, требует больших вычислительных ресурсов. Вместо этого, подход, применяемый в модуле Wave Optics (Волновая оптика), предполагает использование инновационного метода огибающей луча.

Этот новый метод полноволнового анализа распространения электромагнитных волн устраняет необходимость в традиционных аппроксимациях благодаря прямой дискретизации уравнений Максвелла. Электрическое поле при этом выражается как произведение медленно меняющейся огибающей функции и быстро меняющейся экспоненциальной функции фазы. Это позволяет выполнять точное моделирование оптически больших систем, геометрические размеры которых могут быть много больше длины волны, в которых аппроксимация световых волн с помощью лучей невозможна. Традиционный метод полноволнового анализа распространения электромагнитных волн также включен в модуль Wave Optics (Волновая оптика) и может использоваться для моделирования структур небольших размеров.