COMSOL光纖
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-11
COMSOL光纖的實(shí)例教程
016 - COMSOL光纖-銀納米線(xiàn)波導(dǎo)之間高效耦合（僅包含模型文件，26元）
基本介紹：
主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Nano Letters上的論文《Highly Efficient Interfacing of Guided Plasmons and Photons in Nanowires 作者：Xuewen Chen等》，重復(fù)了圖1；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)；
計(jì)算所需的內(nèi)存：8 GB；
涉及的內(nèi)容：全局參數(shù)、端口、完美匹配層、自定義網(wǎng)格、邊界模式分析、對(duì)數(shù)據(jù)集操作-旋轉(zhuǎn)、派生值-積分 等；
繪制了：軸向剖面上的瞬時(shí)磁場(chǎng)分布、橫截面上的磁場(chǎng)模式分布；
注意：本案例僅包含模型文件，沒(méi)有講解視頻，不附帶答疑指導(dǎo)。
包含的文件截圖：
詳細(xì)描述：
如上圖所示，將銀納米線(xiàn)（MW）和光纖（DF）端對(duì)端接觸在一起，模擬兩種情況下的耦合效率：（1）銀納米線(xiàn)上的表面等離激元波導(dǎo)耦合到光纖中；（2）光纖中的波導(dǎo)耦合到銀納米線(xiàn)上的等離激元
銀納米線(xiàn)和硅介質(zhì)波導(dǎo)的半徑分別為164nm和342nm。波長(zhǎng)為633nm。
在軟件中采用二維軸對(duì)稱(chēng)進(jìn)行模擬。
計(jì)算的內(nèi)容和結(jié)果：
1、銀納米線(xiàn)→光纖的耦合。上圖：文獻(xiàn)中的結(jié)果；下圖：本案例的結(jié)果 ??
2、光纖→銀納米線(xiàn)的耦合。上圖：文獻(xiàn)中的結(jié)果；下圖：本案例的結(jié)果 ??
3、光纖中的模式(k)和銀納米線(xiàn)波導(dǎo)的模式(l)。左圖：文獻(xiàn)中的結(jié)果；右圖：本案例的結(jié)果 ??
再次提醒：本案例僅包含模型文件，沒(méi)有講解視頻，也不附帶答疑指導(dǎo)。
展開(kāi) 用COMSOL仿真激光在光纖中傳輸?shù)墓鉄嵝?yīng)問(wèn)題
我想仿真激光在光纖中傳輸?shù)墓鉄嵝?yīng)，即激光在光纖中損耗轉(zhuǎn)化為熱量的現(xiàn)象。
我選用COMSOL 波動(dòng)光學(xué)模塊和固體傳熱模塊，添加多物理場(chǎng)耦合，study設(shè)置為頻域-瞬態(tài)。
具體模型如下圖所示，光纖材料為silica，外層為air，上下端口設(shè)置為數(shù)值端口。
但是計(jì)算總是顯示不收斂，初步懷疑是邊界條件的問(wèn)題，請(qǐng)問(wèn)這種結(jié)構(gòu)該如何設(shè)置熱場(chǎng)的邊界條件？
謝謝！
今天我給大家介紹一種利用comsol進(jìn)行可編輯優(yōu)化設(shè)置的漸變光纖模擬。具體如下：
首先，構(gòu)建出四層芯包結(jié)構(gòu)，為溝道形漸變光纖，其中最中間的纖芯為漸變芯。第二圈為溝道包層。依此類(lèi)推對(duì)每個(gè)光纖區(qū)域的材料參數(shù)進(jìn)行配置。如下：
其次，我們需要考慮插入漸變函數(shù)，因此需要再定義中引入?yún)⒆兞浚?需要注意的是，該函數(shù)為關(guān)于半徑r的極坐標(biāo)形式，而我們?cè)跇?gòu)建函數(shù)時(shí)需要將其轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系，因此r要寫(xiě)成直角坐標(biāo)方程如上所示。特別說(shuō)明的是，該函數(shù)的上限為1.461，漸變下限為1.45.讀者可根據(jù)自己實(shí)際需求來(lái)調(diào)整。接下來(lái)我們就是需要進(jìn)行網(wǎng)格劃分以及配置電磁波頻域研究來(lái)進(jìn)行模式分析，如下所示：
結(jié)果分析及討論說(shuō)明：
首先可以看一下折射率沿著光纖x軸的分布，滿(mǎn)足漸變溝道形。模式分析結(jié)果如下：
以基模以及11模式為例，不同于階躍形光纖，其模式光場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)幅值存在明顯的差異。希望為做漸變形光纖模擬的朋友們起到一些小小輔助。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
展開(kāi) 空芯反諧振光纖采用反諧振式反射波導(dǎo)的導(dǎo)光機(jī)理，利用玻璃壁在包層構(gòu)成類(lèi)似法布里-珀羅諧振 腔的結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制入射波長(zhǎng)和玻璃壁厚度控制諧振條件和反諧振條件。當(dāng)滿(mǎn)足諧振條件時(shí)，玻璃壁形成的諧振腔透射最大而反射最小，纖芯內(nèi)的光大量地通過(guò)透射泄漏至包層；而當(dāng)滿(mǎn)足反諧振條件時(shí)，該諧振腔透射最小而反射最大，光通過(guò)反射被限制在纖芯，從而形成光波導(dǎo)。
首在物理場(chǎng)中選擇波動(dòng)光學(xué)，添加頻域并選擇模式分析
其次，在全局定義中對(duì)反諧振光纖進(jìn)行參數(shù)定義，具體參數(shù)如下：
按照上述參數(shù)對(duì)空芯光纖進(jìn)行幾何建模后，對(duì)相應(yīng)區(qū)域賦予相應(yīng)的材料屬性。幾何模型最外側(cè)添加完美匹配層和散射邊界條件加以限制，并選用自由三角形網(wǎng)格進(jìn)行劃分，網(wǎng)格劃分小于波長(zhǎng)的四分之一；
在模式分析計(jì)算中有效折射率按靠近纖芯值去計(jì)算，通過(guò)對(duì)包層管壁厚度進(jìn)行掃面可以得到產(chǎn)生反諧振時(shí)包層厚度：
以下為直光纖中基模和最小高階模電場(chǎng)分布：
將光纖類(lèi)型定義成彎曲光纖，可觀察到彎曲光纖中基模和最小高階模電場(chǎng)分布：
最后，有需要?dú)g迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
展開(kāi) 首先先建立三維光纖結(jié)構(gòu)模型：如下所示，現(xiàn)在xy工作平面制作三個(gè)同心圓心，然后再Z平面通過(guò)延展拉伸的方式并在最后構(gòu)建成聯(lián)合體構(gòu)建而成。
隨后配置各個(gè)區(qū)域的材料參數(shù)及特性，在這里就不詳細(xì)論述了，可從材料庫(kù)中自動(dòng)鏈接，值得一提的是要在空氣層外部設(shè)置一層PML(完美匹配層)隨后在研究領(lǐng)域中選擇電磁波頻域，在這里我們定義如下：（理想電導(dǎo)體、初始條件、以及在入射和出射分別設(shè)置兩個(gè)端口作為光源入射端和出射端，并且設(shè)置好相應(yīng)的邊界和光源入射條件），進(jìn)一步地進(jìn)行網(wǎng)格化分。效果如下所示（分別用用戶(hù)自定義大小網(wǎng)格和四面體自由網(wǎng)格組成）
在研究部分中配置如下（兩個(gè)端口則需要配置兩個(gè)邊界模式分析條件，并根據(jù)入射光纖有效模式折射率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)所需要檢測(cè)的頻率用以模擬監(jiān)測(cè)）：
結(jié)果后處理：
在結(jié)果分析中，我們?cè)O(shè)定好三維截圖面（本例中選擇XZ面）進(jìn)行多切割視角（本例切割為3）隨后選擇表面并錄入電磁場(chǎng)電場(chǎng)模的表達(dá)式以構(gòu)建圖，如需進(jìn)行立體呈現(xiàn)的話(huà)，則在多切割表面菜單下勾選變形即可實(shí)現(xiàn)立體的呈現(xiàn)視覺(jué)效果。
另外地如果我們對(duì)光纖的橫截面中用以為三維截線(xiàn)繪制，并且在結(jié)果部分中選擇一維繪圖組，即可得到橫截面處光纖模式光場(chǎng)的電場(chǎng)幅度值。如下圖所示（在本案例中選擇的是計(jì)算出來(lái)的光纖基模，因此其關(guān)于徑向呈高斯函數(shù)分布）
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COMSOL光纖的最新內(nèi)容
基于comsol漸變光纖的模擬2個(gè)月前
朋友們，好久不見(jiàn)啦。今天我給大家介紹一種利用comsol進(jìn)行可編輯優(yōu)化設(shè)置的漸變光纖模擬。具體如下：
首先，構(gòu)建出四層芯包結(jié)構(gòu)，為溝道形漸變光纖，其中最中間的纖芯為漸變芯。第二圈為溝道包層。依此類(lèi)推對(duì)每個(gè)光纖區(qū)域的材料參數(shù)進(jìn)行配置。如下：
其次，我們需要考慮插入漸變函數(shù)，因此需要再定義中引入?yún)⒆兞浚?需要注意的是，該函數(shù)為關(guān)于半徑
空芯反諧振光纖采用反諧振式反射波導(dǎo)的導(dǎo)光機(jī)理，利用玻璃壁在包層構(gòu)成類(lèi)似法布里-珀羅諧振 腔的結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制入射波長(zhǎng)和玻璃壁厚度控制諧振條件和反諧振條件。當(dāng)滿(mǎn)足諧振條件時(shí)，玻璃壁形成的諧振腔透射最大而反射最小，纖芯內(nèi)的光大量地通過(guò)透射泄漏至包層；而當(dāng)滿(mǎn)足反諧振條件時(shí)，該諧振腔透射最小而反射最大，光通過(guò)反射被限制在纖芯，從而形成光波導(dǎo)。
首在物理場(chǎng)中選擇波動(dòng)光學(xué)，添加頻域并選擇模式分析
本期教程主要向大家介紹一期采用comsol有限元分析軟件進(jìn)行七芯光纖模擬分析的模擬教程。首先介紹一下基本知識(shí)點(diǎn)
七芯光纖超模理論（Supermode Theory for Seven-Core Fibers）涉及一種特殊類(lèi)型的多芯光纖（MCF）技術(shù)。在這里，"超模"（supermodes）指的是多芯光纖中各個(gè)單獨(dú)芯之間耦合形成的復(fù)合模式。以下是七芯光纖超模理論的一些關(guān)鍵點(diǎn)：
多芯耦合：在七芯光纖中
在本節(jié)中，主要基于實(shí)驗(yàn)室實(shí)際光纖單模圓柱光纖進(jìn)行模擬，與comsol案例庫(kù)文件在分析過(guò)程和建模有些差異：
模擬主要通過(guò)以下三個(gè)步驟進(jìn)行：模型的幾何構(gòu)建、物理場(chǎng)的添加研究、結(jié)構(gòu)處理分析來(lái)進(jìn)行。
下面是第一步驟：幾何模型的構(gòu)建
首先建立相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置：
圖1 結(jié)構(gòu)配置及參量設(shè)置
圖2 圓柱形單模光纖橫截面圖及幾何配置
按照上述要求配置好幾何結(jié)構(gòu)后
首先先建立三維光纖結(jié)構(gòu)模型：如下所示，現(xiàn)在xy工作平面制作三個(gè)同心圓心，然后再Z平面通過(guò)延展拉伸的方式并在最后構(gòu)建成聯(lián)合體構(gòu)建而成。
隨后配置各個(gè)區(qū)域的材料參數(shù)及特性，在這里就不詳細(xì)論述了，可從材料庫(kù)中自動(dòng)鏈接，值得一提的是要在空氣層外部設(shè)置一層PML(完美匹配層)隨后在研究領(lǐng)域中選擇電磁波頻域，在這里我們定義如下：（理想電導(dǎo)體、初始條件、以及在入射和出射分別設(shè)置兩個(gè)端口作為光源入射端和出射端
016 - COMSOL光纖-銀納米線(xiàn)波導(dǎo)之間高效耦合（僅包含模型文件，26元）
基本介紹：
主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Nano Letters上的論文《Highly Efficient Interfacing of Guided Plasmons and Photons in Nanowires 作者：Xuewen Chen等》，重復(fù)了圖1；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為
光學(xué)模塊仿真光纖法珀腔的光譜等光學(xué)特性，模型簡(jiǎn)單
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人們通常聽(tīng)到“光纖”這個(gè)詞時(shí)，首先浮現(xiàn)在腦海的可能是這樣一幅畫(huà)面：細(xì)如發(fā)絲、扭曲成充滿(mǎn)藝術(shù)感漂亮形狀的發(fā)光物，或者從燈座中噴涌而出的光之泉。這些能夠傳導(dǎo)光的二氧化硅光纖，其用途可遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于裝飾。光纖于上世紀(jì)五十年代被成功開(kāi)發(fā)，目前已廣泛應(yīng)用于電力傳輸、通信、成像和傳感等領(lǐng)域。
具體來(lái)說(shuō)，光纖具有優(yōu)良的介電屬性和廣泛的適用性，因而可以在其他傳感技術(shù)可能失效的環(huán)境中使用，例如真空室和海底等極端環(huán)境
用COMSOL仿真激光在光纖中傳輸?shù)墓鉄嵝?yīng)問(wèn)題
我想仿真激光在光纖中傳輸?shù)墓鉄嵝?yīng)，即激光在光纖中損耗轉(zhuǎn)化為熱量的現(xiàn)象。
我選用COMSOL 波動(dòng)光學(xué)模塊和固體傳熱模塊，添加多物理場(chǎng)耦合，study設(shè)置為頻域-瞬態(tài)。
具體模型如下圖所示，光纖材料為silica，外層為air，上下端口設(shè)置為數(shù)值端口。
