光纖傳感、非線性光學的案例
如何在 COMSOL 中建立線性和非線性光學模型
請注意，這種等離子體波導濾波器的輸出特性類似于光纖布拉格光柵(FBG) 配置的輸出特性。
等離子體波導濾波器示意圖。藍色和灰色分別是絕緣體和金屬域。虛線描繪了周期性重復的單胞。
使用 Drude-Lorentz 模型和 COMSOL 材料庫中的 Ag (Johnson) 模擬的通過等離子光柵濾光器(具有 10 個晶胞)的透射率和反射率。你可以
從 COMSOL 案例庫中下載這個模型的 MPH 文件
。
光學材料的二階磁化率
有些非線性晶體具有相對較高的二階磁化率 (
)。當一束單色光穿過這種非線性晶體時，輸出頻譜不僅顯示出原始頻率(ω)，也顯示出二階諧波頻率(2ω)。因此，這種現(xiàn)象被稱為二次諧波生成 (SHG)。
SHG 被應用于激光設計和工程領(lǐng)域，在這個領(lǐng)域，很難找到一種材料來發(fā)射比入射波長波長更短的光。例如，當紅外光源(1064nm)通過磷酸二氫鉀(KDP)晶體泵浦時，晶體會發(fā)射出綠色(532nm)的激光源。
在 COMSOL Multiphysics 中，這種方法可以用瞬態(tài)或頻域分析來建模，其中使用非線性系數(shù)(d)定義極化，如下所示。在高斯光束的二次諧波產(chǎn)生教程模型中，需要將與電場相關(guān)的非線性項引入電位移場 (D)中。在這個模型中，引入非線性項的方式是通過巧妙使用殘余電電位移(Dr)。事實上，殘余電位移也可以接受一個非線性場量，這里涉及到一個電場分量的平方。這種方法顯示了和頻生成以及差頻生成。
其中，
,
是非線性系數(shù)，Ez 是 z-電場的分量。
在
高斯光束的二次諧波產(chǎn)生
教程模型中，只能分析一個特定的頻率。(換句話說，用亥姆霍茲方程只能分析一個頻率。)因此，該模型建立了兩個接口，并耦合了兩個物理場。
展開 光纖應變傳感器用于測量金屬和非金屬復合材料應力應變
下面工采網(wǎng)小編和大家一起看看如何測量金屬和非金屬復合材料應力應變。
金屬材料測量裝置主要用于各種金屬、非金屬及復合材料進行力學性能指標的測試，精密的自動控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和控制過程的全數(shù)字化調(diào)整，在拉伸試驗中，檢測材料的最大承載拉力、抗拉強度、伸長變形、延伸率等技術(shù)指標；一般在對金屬材料進行應力應變性能測量的過程中，在夾持時金屬材料受力頂部兩側(cè)不平衡，使得夾持效果不好，在測量過程中容易移動，導致測量的準確性較差。為了測量的準確性工采網(wǎng)推薦加拿大FISO 光纖應變傳感器 - FOS-N用于金屬和非金屬復合材料應力應變測量。
基于公認的Fabry-Perot干涉技術(shù)，F(xiàn)ISO的光纖應變傳感器是進行高性能應變測量的好的選擇。FOS-N所基于的產(chǎn)品技術(shù)和配套的兼容監(jiān)控系統(tǒng)，使用戶能在長距離且不影響讀數(shù)可靠性的前提下測量應變。它是復合材料工程研究和工業(yè)應用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結(jié)構(gòu)、船舶和電源變壓器等結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的理想產(chǎn)品。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。
此外FOS-N應變傳感器對任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復合材料中，則上述特點可以成為非常有利的優(yōu)點。可在惡劣的化學環(huán)境下正常工作，同時它的結(jié)構(gòu)堅固，使用靈活性高，能夠滿足當前高性能復合材料研究和土建結(jié)構(gòu)監(jiān)控的要求。
展開 RP Fiber Power 非線性光纖環(huán)形鏡
文件：Nonlinear fiber loop mirror .fpw
該范例研究非線性環(huán)形鏡函數(shù)，并由一段有源短光纖，一段無源長光纖，及光纖耦合器構(gòu)成。將脈沖入射至光纖耦合器的輸入端口，在環(huán)形腔中獲得兩個反向脈沖。當其中一個脈沖在進入無源光纖之前被放大，而另一路在其后被放大，兩路存在非線性相移。因此，當脈沖再次在光纖耦合器內(nèi)相遇，由于干涉效應的影響，輸入端口無輸出功率，其它端口存在功率分布。
在克爾非線性效應、色散及放大效應下，研究超短脈沖傳輸。
圖形如下所示：
圖1為有源光纖內(nèi)的平均功率。可見，泵浦功率主要部分仍未被吸收。
圖2為時域內(nèi)的輸出脈沖。用戶可設置不同的輸入脈沖能量，研究耦合過程。
圖3為耦合比與輸入脈沖能量的關(guān)系。準確講應為，進入輸出端口的功率部分與輸入脈沖能量的函數(shù)曲線。對于每一個脈沖能量，需要計算放大器的穩(wěn)定狀態(tài)。
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展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—非線性自聚焦效應
首先計算了大模場面積的基模隨非線性自聚焦效應的收縮。模式求解中通常會忽略非線性效應。然而，編寫數(shù)行程序代碼，即可設置折射率分布及其非線性的變化，繼而重復計算光纖模式，直至出現(xiàn)自洽解。
該程序也說明了光束傳輸?shù)膽茫赡M高功率下光束分布的變化。用戶可以采用LP01（低功率）與LP11模式的疊加，并研究光纖非線性效應的影響。可見，即使僅有LP11模式被激發(fā)，在大功率下也呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，大部分功率轉(zhuǎn)移到LP10模式中。
可獲得以下圖形：
圖1為給定光功率下模式分布（與自聚焦響應功率相差不大），對應折射率分布條件下的模式分布。可見，非線性效應極大地改變了折射率的分布。
圖2為模場面積與光功率的關(guān)系。當接近臨界功率時，模場面積急劇減小。
圖3為最大功率與纖芯半徑的函數(shù)關(guān)系。對應每一個纖芯半徑，用戶需計算軸上強度達到破壞閾值時的光功率。當然，也需要重新計算每一個功率所對應的模式。
圖4為光束分布的變化，模擬了光束的傳輸特性。
展開 
RP 系列激光分析設計軟件 | 示例案例：光纖中的非線性自聚焦
光纖中的非線性自聚焦
模型描述
這里，我們研究光纖中非線性自聚焦的細節(jié)。首先，我們計算了由于非線性自聚焦的影響，大模面積光纖的基模如何收縮。
模式解算器實際上忽略了非線性效應。然而，只需幾行腳本代碼，我們就可以存儲包括其非線性變化在內(nèi)的折射率分布，然后重新計算光纖模式。
基于comsol的非線性電阻式微傳感器 ￥2800
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p><strong>點擊鏈接</strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/z/551473" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>https://www.yqgqt.org.cn/z/551473</strong></a>查看我的主頁，有詳細介紹 </p><p><br></p><p>本次模型是一款叉指電阻式微傳感器。 傳感器內(nèi)部有一個空腔區(qū)域，上下分別為叉指電路和導電極板。</p><p><br></p><p>工作原理：1、叉指電路聯(lián)通正負極，上部導電極板在壓力作用下向下變形并接觸叉指電路；</p><p> 2、不斷聯(lián)通的過程中，整個叉指電路正負極輸出的電阻值出現(xiàn)變化，感應到接觸的發(fā)生；</p><p> 3、通過算法，將阻值的變化轉(zhuǎn)化為壓力值，完成對壓力的感應。</p><p><br></p><p>以下是傳感器剖面圖，展示了傳感器在壓力作用下上極板的變形和應力分布。
展開 comsol雙層薄膜非線性電容式壓力傳感器分析 ￥3500
</p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201910/c1951bbd4bad414683593a9b018adf5e.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">雙層薄膜非線性電容式壓力傳感器.rar</a></p><div contenteditable="false" width="100%"><div><img src="https://img.jishulink.com/upload/201910/cdf2e597acc645ce83549ac7d1b165c5.gif" title="Untitled2.gif" alt="Untitled2.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201910/cdf2e597acc645ce83549ac7d1b165c5.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201910/cdf2e597acc645ce83549ac7d1b165c5.gif?
展開 潘世烈等合成三種新型復合硼酸鹽非線性光學材料
K7CaLa2B15O30和K7CaBi2B15O30結(jié)晶于三方手性空間群R32中，K7BaBi2B15O30結(jié)晶于非中心對稱正交極性空間群Pca21。這三個化合物具有相似的三維晶體結(jié)構(gòu)，由孤立的B5O10基團和LaO6或BiO6八面體組成，K+、Ca2+、Ba2+陽離子填充于空隙中以保持電荷平衡。據(jù)調(diào)研，在K7MIIRE2B15O30體系內(nèi)(MII = Ca，Sr，Ba，Zn，Cd，Pb，K/RE0.5；RE = Sc，Y，La，Gd，Lu，Bi)，K7BaBi2B15O30是唯一一個結(jié)晶于不同空間群的化合物，其豐富了硼酸鹽的結(jié)構(gòu)化學。
詳細的結(jié)構(gòu)分析表明，堿土金屬陽離子的尺寸和配位數(shù)的差異是導致結(jié)構(gòu)變化的主要原因。此外，UV-Vis-NIR光譜分析和倍頻效應(SHG)測試表明K7CaBi2B15O30具有較短的截止邊(大約282 nm)和適中的倍頻效應(約0.6×KDP)。他們還進行了熱重差熱和紅外光譜的測試。為了更好地理解上述化合物的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系，他們還進行了第一性原理計算。
圖1 (a) K7CaBi/La2B15O30中Ca2+的結(jié)構(gòu)。(b) K7BaBi2B15O30 中K+/Ba2+的結(jié)構(gòu)。(c) K7CaBi2B15O30 和K7CaLa2B15O30 中B5O10的重復排列。(d) K7BaBi2B15O30 中B5O10的重復排列。
展開 開放體系下高溫溶液法合成兩種硼酸-碳酸鹽非線性光學材料
非線性光學晶體是一種功能材料，其中的倍頻（或稱“變頻”）晶體可用來對激光波長進行變頻，從而擴展激光器的可調(diào)諧范圍，在激光技術(shù)領(lǐng)域具有重要應用價值。其中的氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF）能夠?qū)⒓す廪D(zhuǎn)化為史無前例的176納米波長（深紫外）激光，從而可以制造出深紫外固體激光器。但是Be的使用會造成材料很強的毒性，不利于大規(guī)模綠色生產(chǎn)。因此，人們致力于無鈹?shù)木w制備。目前，B基氧化物的光學晶體成為研究熱點。
中國科學院新疆理化技術(shù)研究所潘世烈研究員的課題組最近成功合成了兩種復合的硼酸-碳酸鹽Ba4M(CO3)2(BO3)2 (M = Ba, Sr)。本工作近期發(fā)表于Science China Materials。
這是第一例在開放體系下合成的硼酸-碳酸鹽。它們的結(jié)構(gòu)由單晶X射線衍射確定，結(jié)晶在相同的
Pnma
空間群。它們的晶體結(jié)構(gòu)是由BaO8多面體(SrO8多面體)，孤立的BO3和CO3三角形組成的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。通過詳細的結(jié)構(gòu)分析表明共生長的[Ba3(BO3)2]/[Ba2Sr(BO3)2]和[BaCO3]層是有利于這兩種硼酸-碳酸鹽的合成的。此外，還研究了它們的合成、光譜性質(zhì)和熱行為。
圖1
Ba2(BO3)1?
x
(CO3)
x
Cl1+
x
and
Ba5(CO3)2(BO3)2
的結(jié)構(gòu)
。
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