COMSOL光纖仿真
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-12
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COMSOL光纖仿真的實例教程
空芯反諧振光纖采用反諧振式反射波導的導光機理，利用玻璃壁在包層構成類似法布里-珀羅諧振 腔的結構，通過控制入射波長和玻璃壁厚度控制諧振條件和反諧振條件。當滿足諧振條件時，玻璃壁形成的諧振腔透射最大而反射最小，纖芯內的光大量地通過透射泄漏至包層；而當滿足反諧振條件時，該諧振腔透射最小而反射最大，光通過反射被限制在纖芯，從而形成光波導。
首在物理場中選擇波動光學，添加頻域并選擇模式分析
其次，在全局定義中對反諧振光纖進行參數定義，具體參數如下：
按照上述參數對空芯光纖進行幾何建模后，對相應區域賦予相應的材料屬性。幾何模型最外側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格進行劃分，網格劃分小于波長的四分之一；
在模式分析計算中有效折射率按靠近纖芯值去計算，通過對包層管壁厚度進行掃面可以得到產生反諧振時包層厚度：
以下為直光纖中基模和最小高階模電場分布：
將光纖類型定義成彎曲光纖，可觀察到彎曲光纖中基模和最小高階模電場分布：
最后，有需要歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 在本節中，主要基于實驗室實際光纖單模圓柱光纖進行模擬，與comsol案例庫文件在分析過程和建模有些差異：
模擬主要通過以下三個步驟進行：模型的幾何構建、物理場的添加研究、結構處理分析來進行。
下面是第一步驟：幾何模型的構建
首先建立相應的參數設置：
圖1 結構配置及參量設置
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構后，對每個區域的幾何賦予相應的材料屬性。并在最后購置好聯合體。
隨后在去定義光纖的類型為彎曲光纖。
圖3 彎曲光纖模型設置及坐標建立
第二部分：物理場及研究的添加：
由于單模光纖在進行宏彎后，纖芯中的光纖能量大部分以泄漏模的方式擴散到光纖包層區域中，但當到達光纖包層壁時會產生振蕩，即回音壁模式。下面我們著重分析一下這些回音壁模式。因此在物理場的選擇上選用電磁波頻域進行分析。
具體如圖所示，光纖結構呈軸對稱分布，我們忽略外環境的影響因此將外層設置成為完美磁導體（吸收所有電磁波）其余按照電磁波頻域的初始設定即可。網格剖分
圖4 端面網格化分
在光纖端面處采用自由三角形網格進行劃分，在PML層共分解成為四塊設置成為映射網格（可參考映射網格的劃分方法）
圖5 模式分析
在研究部分中分成兩步驟進行分析 分別是模式分析以及確定好相應的頻率數值。
第三部分：后處理結果分析
圖6。泄漏模式分析
在后處理結果中（電磁波模型）選擇電場并選擇表面。油煎以等值線形式表示，得到回音壁各個電磁模式的能量值分布。如果對端面進行一維截線處理則可以得到相應的數值電場幅度數值。
圖7 結果后處理
展開 用COMSOL仿真激光在光纖中傳輸的光熱效應問題
我想仿真激光在光纖中傳輸的光熱效應，即激光在光纖中損耗轉化為熱量的現象。
我選用COMSOL 波動光學模塊和固體傳熱模塊，添加多物理場耦合，study設置為頻域-瞬態。
具體模型如下圖所示，光纖材料為silica，外層為air，上下端口設置為數值端口。
但是計算總是顯示不收斂，初步懷疑是邊界條件的問題，請問這種結構該如何設置熱場的邊界條件？
謝謝！
今天我給大家介紹一種利用comsol進行可編輯優化設置的漸變光纖模擬。具體如下：
首先，構建出四層芯包結構，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。依此類推對每個光纖區域的材料參數進行配置。如下：
其次，我們需要考慮插入漸變函數，因此需要再定義中引入參變量：
需要注意的是，該函數為關于半徑r的極坐標形式，而我們在構建函數時需要將其轉換為直角坐標系，因此r要寫成直角坐標方程如上所示。特別說明的是，該函數的上限為1.461，漸變下限為1.45.讀者可根據自己實際需求來調整。接下來我們就是需要進行網格劃分以及配置電磁波頻域研究來進行模式分析，如下所示：
結果分析及討論說明：
首先可以看一下折射率沿著光纖x軸的分布，滿足漸變溝道形。模式分析結果如下：
以基模以及11模式為例，不同于階躍形光纖，其模式光場對應的電場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，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 在案例中，計算了帶有摻雜二氧化硅芯的圓柱形光纖的基本傳播模式。
磁芯具有相對介電常數和直徑。包層具有相對介電常數和直徑。我們假定磁場的切向分量在外邊界上消失。我們想在1.5附近找到兩個本征模，這是我們對有效折射率的最初猜測。基本示例propagation Mode中給出了輸入文件所需參數的詳細描述。
下圖顯示了兩個計算本征模的電場的z分量(對數尺度下)。兩者都屬于相同的有效折射率，屬于雙重簡并。特征值存儲在文件eigenvalues.jcm中。
之后彎曲單模光纖教程會說明如何計算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
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