COMSOL光纖仿真的案例
Comsol空芯反諧振光纖仿真
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：
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展開 基于comsol軟件彎曲單模光纖模擬仿真
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
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！
基于comsol漸變光纖的模擬
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。
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JCMsuite案例展示：光纖單模光纖的仿真分析
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。
基于comsol軟件的三維單模光纖模擬
首先先建立三維光纖結構模型：如下所示，現在xy工作平面制作三個同心圓心，然后再Z平面通過延展拉伸的方式并在最后構建成聯合體構建而成。
隨后配置各個區域的材料參數及特性，在這里就不詳細論述了，可從材料庫中自動鏈接，值得一提的是要在空氣層外部設置一層PML(完美匹配層)隨后在研究領域中選擇電磁波頻域，在這里我們定義如下：（理想電導體、初始條件、以及在入射和出射分別設置兩個端口作為光源入射端和出射端，并且設置好相應的邊界和光源入射條件），進一步地進行網格化分。效果如下所示（分別用用戶自定義大小網格和四面體自由網格組成）
在研究部分中配置如下（兩個端口則需要配置兩個邊界模式分析條件，并根據入射光纖有效模式折射率轉換為相應所需要檢測的頻率用以模擬監測）：
結果后處理：
在結果分析中，我們設定好三維截圖面（本例中選擇XZ面）進行多切割視角（本例切割為3）隨后選擇表面并錄入電磁場電場模的表達式以構建圖，如需進行立體呈現的話，則在多切割表面菜單下勾選變形即可實現立體的呈現視覺效果。
另外地如果我們對光纖的橫截面中用以為三維截線繪制，并且在結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的電場幅度值。如下圖所示（在本案例中選擇的是計算出來的光纖基模，因此其關于徑向呈高斯函數分布）
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展開 基于comsol七芯光纖超模模擬分析
本期教程主要向大家介紹一期采用comsol有限元分析軟件進行七芯光纖模擬分析的模擬教程。首先介紹一下基本知識點
七芯光纖超模理論（Supermode Theory for Seven-Core Fibers）涉及一種特殊類型的多芯光纖（MCF）技術。在這里，"超模"（supermodes）指的是多芯光纖中各個單獨芯之間耦合形成的復合模式。以下是七芯光纖超模理論的一些關鍵點：
多芯耦合：在七芯光纖中，七個獨立的光纖芯被布置在一個結構中。這些芯之間的相互耦合導致光能在它們之間傳播，形成所謂的"超模"。
超模的形成：當光通過多芯光纖時，由于芯之間的相互作用和耦合，會形成超模。這些超模是單個芯模式的線性組合，它們在整個光纖結構中共同傳播。
模式分布和耦合系數：超模的具體特性，如模式分布和耦合系數，取決于芯之間的距離、折射率差異以及光纖的幾何結構。在七芯光纖中，這些參數需要精細調整以優化模式耦合和傳輸效率。
其次進行模擬分析的展示:
首先是背景界面的設定：物理場選用波動光學，研究依次添加頻域和模式分析。
圖1 全局變量配置
第二步：進行平面幾何的構建以及配材料折射率。具體如下所示：
圖2 幾何及材料配置界面
圖3 仿真參數定義
提示：建模完畢后，進行網格劃分盡可能按照物理場區劃分，設置網格最小尺寸為波長的三分之一合適。亦或是按照研究系統自動默認劃分網格。
圖4 網格劃分
幾何模型最外側建議添加完美匹配曾或是散射邊界條件予以限制條件。在模式分析步驟，按照有效折射率靠近纖芯值去計算。頻率c=3e8/λ去計算。
展開 光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power 仿真環形腔光纖激光器模型
今天講講在 RP Fiber Power 里面仿真環形腔光纖激光器。首先，RP Fiber Power 里面有單位的定義和光譜數據的集合文件（根據需求也可以自定義），我們可以直接調用；然后，定義光纖的結構，信道等基本參數和模型的搭建；最后，使用自帶的函數和命令，顯示想要輸出的數值結果和圖形輸出。下圖顯示了環形腔摻Yb光纖激光器的模擬結果。
（1）光纖中不同位置處的功率分布情況
（2）輸出功率隨輸入功率變化情況
（3）不同光纖長度下的功率分布情況
（4）徑向函數圖
點擊查看軟件介紹：
RP 系列 激光分析設計軟件
展開 016 - COMSOL光纖-銀納米線波導之間高效耦合（僅包含模型文件） ￥26
016 - COMSOL光纖-銀納米線波導之間高效耦合（僅包含模型文件，26元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在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)；
計算所需的內存：8 GB；
涉及的內容：全局參數、端口、完美匹配層、自定義網格、邊界模式分析、對數據集操作-旋轉、派生值-積分 等；
繪制了：軸向剖面上的瞬時磁場分布、橫截面上的磁場模式分布；
注意：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，不附帶答疑指導。
包含的文件截圖：
詳細描述：
如上圖所示，將銀納米線（MW）和光纖（DF）端對端接觸在一起，模擬兩種情況下的耦合效率：（1）銀納米線上的表面等離激元波導耦合到光纖中；（2）光纖中的波導耦合到銀納米線上的等離激元
銀納米線和硅介質波導的半徑分別為164nm和342nm。波長為633nm。
在軟件中采用二維軸對稱進行模擬。
計算的內容和結果：
1、銀納米線→光纖的耦合。上圖：文獻中的結果；下圖：本案例的結果 ??
2、光纖→銀納米線的耦合。上圖：文獻中的結果；下圖：本案例的結果 ??
3、光纖中的模式(k)和銀納米線波導的模式(l)。左圖：文獻中的結果；右圖：本案例的結果 ??
再次提醒：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，也不附帶答疑指導。
展開 使用 COMSOL Multiphysics 模擬高靈敏度光纖壓力傳感器
最大限度地提升對壓力變化的敏感性
借助 COMSOL Multiphysics? 軟件，Franco、Serr?o、Cordeiro 和 Osório 向數學模型中添加了橢圓纖芯，也就是石英毛細管壁中摻雜了鍺的區域。通過運行仿真，他們獲得了模式雙折射的變化方式，以及外加壓力和毛細管壁內纖芯的位置之間的關系（圖 4）。模式雙折射描述了可以穿過纖芯的光學模式的雙折射效應。
圖 4. 模式雙折射的變化與毛細管壁內纖芯的位置之間的函數關系。當纖芯非常接近光纖的內半徑（頂部中間圖）時，由壓力變化引起的雙折射變化最大。
仿真模型可以計算基本模態在不同壓力條件下的有效折射率。當入射的電磁波沿纖芯傳播時，便會出現這種模式。研究表明，若想最大限度地提升雙折射現象對壓力的敏感性，即增強傳感器的靈敏度，必須使纖芯完全嵌入毛細管結構，并且靠近內壁。他們分析了不同幾何結構中應力分布的變化，最終得出結論：光纖管壁越薄，纖芯位置越接近毛細管的內半徑，由壓力引起的雙折射率的變化就會越大。
全新的微結構光纖傳感器
在完成了有關雙折射對壓力的依賴性的研究后，Franco、Serr?o、Cordeiro 和 Osório 提出了一種可以簡化微結構光纖制造工藝的新方法。經過驗證的新型壓力傳感器設計可以正常工作。他們將概念設計的靈敏度與現有的復雜光纖結構進行了比較，確認新的設計方案可以產生相近的效果，但是能夠減少復雜的組裝工作。嵌入芯光纖為高靈敏度光纖壓力傳感器提供了一個全新的發展方向，相信在不遠的將來，石油勘探者可以更加方便地對采集的石油進行實時評估。
本文內容來自多物理場仿真:《IEEE Spectrum》特刊 2017
展開 光纖建模和效率仿真！ASAP激光光纖耦合功能介紹研討會即將召開
ASAP 高級光學系統分析軟件在光纖建模和光纖耦合分析方面有著廣泛的應用。
在使用 ASAP 高級光學系統分析軟件進行光纖建模時，可以通過定義光纖的幾何參數、折射率分布、光源類型等信息來進行精確建模。然后，通過模擬光線在光纖內的傳播路徑和行為，可以分析光纖的傳輸特性、損耗、耦合效率等關鍵指標。
在這個過程中，確保光信號的高效傳輸和最小損耗是至關重要的。ASAP 高級光學系統分析軟件能夠模擬和分析光纖耦合過程中的各種光學現象。
光纖耦合分析
ASAP 高級光學系統分析軟件提供了一系列的工具和功能，用于模擬和分析光纖耦合過程。這些工具可以幫助工程師優化光纖的設計，確保光信號的高效傳輸。
通過 ASAP 高級光學系統分析軟件的物理光學分析功能，用戶可以研究光纖耦合過程中的衍射效應、偏振等波動光學現象，從而更好地理解和控制光的傳播特性。
教育資源和研討會
通過介紹“ ASAP 高斯光源、ASAP 光纖建模以及激光光纖耦合效率仿真”三大議題，研討會成員可以獲得關于光纖耦合系統設計的重要見解，從而進行必要的優化和改進。
武漢墨光科技有限公司是 ASAP 高級光學系統分析軟件的官方代理商，提供了豐富的教育資源和研討會，幫助用戶更好地理解和使用 ASAP 高級光學系統分析軟件進行光纖建模和光纖耦合分析。
我公司對于 ASAP 高級光學系統分析軟件的教育資源包括線上研討會、視頻演示、入門資料合集等，旨在提高用戶對 ASAP 高級光學系統分析軟件的認識和操作技能。希望廣大工程師和研究人員通過使用 ASAP 高級光學系統分析軟件可以優化光纖耦合系統的設計，提高系統的性能和可靠性。
研討會詳情：
免費研討會 | 《ASAP 激光光纖耦合功能介紹》，速來領福利！
展開 
雙芯d型光纖的數值仿真 ￥800
本案例基于建立的雙芯D型光纖結構，基于COMSOL軟件數值仿真得到電場分布結果，如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎下載模型！
使用VIRTUALLAB FUSION仿真光纖光學
使用VIRTUALLAB FUSION仿真光纖光學
時間:2021-07-05 09:52來源:未知作者: infotek點擊:290次打印
您是否在我們最近的網絡研討會上了解了VirtualLab Fusion中光纖技術令人興奮的前景？ 即將推出的許多新功能——一個新的光纖模式計算器，光纖組件和新的光纖耦合效率探測器-改善了工作流程，并使用戶界面更加友好。 但是，當我們等待新功能在即將發布的版本中發布時，當前版本中其實已經有很多您可以享受到的功能！ 查看下面的用例，獲取一些啟發吧。
用于光纖耦合的不同透鏡的比較
為了將光耦合到單模光纖中，需要選擇兩個商用透鏡，并使用重積分來評估其性能。
光纖耦合設置的公差分析
在光纖耦合光學裝置中，將針對諸如光纖末端位置的移動和透鏡的傾斜之類的公差因素來分析耦合效率。
詳詢更多相關信息請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 使用VIRTUALLAB FUSION仿真光纖光學
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用于光纖耦合的不同透鏡的比較
光纖耦合設置的公差分析
了將光耦合到單模光纖中，需要選擇兩個商用透鏡，并使用重積分來評估其性能。
在光纖耦合光學裝置中，將針對諸如光纖末端位置的移動和透鏡的傾斜之類的公差因素來分析耦合效率。
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展開 利用Rsoft開展彎曲光纖仿真分析
Rsoft是一款優秀的光學仿真軟件，里面集成了多個模塊，其中BPM模塊利用光束傳播法（Beam Propagation Method），能夠進行多種類型光器件的仿真，比如分束器、光纖等。這次，利用該模塊展示如何開展光纖彎曲情況下的仿真分析。
初始設置如下：仿真工具為BeamPROP模塊，維度為3D，自由空間波長為1.55μm，3D結構為光纖，因為考慮的是空氣情況，所以背景折射率設置為1。
圖1 初始化參數設置
初始化設置后，建立光纖結構，對光纖的包層和纖芯特性進行設置。由于Rsoft可以進行符號化運行，因此我們涉及到的參數設定都盡量用符號來表示，設置的符號變量如下：光纖纖芯直徑為10μm，折射率1.46，光纖包層直徑為125μm，折射率1.449，長度10cm，彎曲半徑為5mm。利用符號對光纖纖芯和包層的參數進行設定，其中光纖的彎曲是通過等效彎曲實現的，具體參數設置如圖3所示。
圖2 符號變量列表
圖3 等效彎曲設置
設置完參數后，觀察其折射率分布，確認折射率分布的合理性。由于此處采用了等效彎曲的方法，因此折射率分布不再是均勻的，如圖4所示。
圖4 折射率分布
然后，將纖芯設置為路徑，并對入射場進行設置，入射位置為纖芯端面。需要注意的是，入射場的模式計算，默認是按照背景折射率進行計算，而實際上需要將其設置為包層的折射率。
圖5 （左）以背景折射率為基礎計算的模場分布；（右）以包層折射率為基礎計算的模場分布
設置光纖纖芯為監測路徑，同樣注意折射率需要設置為包層折射率。
現在就可以用以分析光束在彎曲光纖中的傳輸情況。
展開 