comsol 晶體
關注創建者：淵魚 創建時間：2023-07-30
comsol 晶體的視頻教程
001 - COMSOL光子晶體波導分束器（含講解）
001 - COMSOL光子晶體波導分束器（含講解，66元） 基本介紹： ·? 主要內容：對一個典型的T型光子晶體分束器做了模擬； ·??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：自定義變量、組件耦合、完美匹配層、散射邊界條件、自定義網格 等； ·??繪制了：場分布和透反射率；
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004 - COMSOL一維光子晶體微腔（含講解視頻）
004 - COMSOL一維光子晶體微腔（含講解，66元） ? 基本介紹： ·? 主要內容：重復碩士論文《一維光子晶體波導與微腔的控光特性及傳感應用研究（作者：楊玉潔）》中的圖3-2b、圖3-4a； ·??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；高精度需要128 GB； ·??涉及的內容：在App開發器中錄制和編寫模型方法
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comsol 晶體的實例教程
在外部荷載及內力效應的作用下，晶體材料將發生斷裂破壞，按晶體材料斷裂時裂紋擴展路徑的差異，可將晶體的斷裂分為穿晶斷裂及沿晶斷裂兩種斷裂形式。
穿晶斷裂中裂紋穿過晶體的晶粒內部，斷裂面較為粗糙；沿晶斷裂中裂紋沿晶界擴展，可以清楚地看到一個個晶粒，晶粒面比較光滑。
在COMSOL中對兩種斷裂形式進行模擬，模型采用Voronoi泰森多邊形構建晶體的晶粒組織，幾何模型采用CAD Voronoi插件進行參數化建模生成。
插件采用合理的多邊形約束模式，可使得泰森多邊形晶粒結構生成大小均勻，且可避免存在三角形晶體及角度過小的情況。模型對晶格及邊界分別定義不同的材料參數，以實現開裂模式上的差異。力學模型采用軸向拉伸模擬，左側邊界設置為輥支撐，右側設置水平向的位移。
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂位移：
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂裂縫擴展：
需要進行模擬的可在下面鏈接下載Voronoi的模型樣圖，CAD格式的，需要自己導入的COMSOL內：
CAD Voronoi
展開 多晶材料幾何模型模型構建采用的CAD Voronoi V2.3版本，可分圖層對晶格進行繪制，分別導入有限元軟件后實現三種晶體取向的差異性。
將構建好的Voronoi多晶體幾何模型文件導入到COMSOL內，構建好晶體結構模型后，進行材料賦值操作，這里采用了三種不同的晶格材料＋一種晶格邊界。
這四種材料楊氏模量E的關系為：晶格邊界<<藍色<<黃色<灰色，其中藍色材料的楊氏模量比黃色小一個數量級，黃色比灰色小一倍，由此來區分不同晶格取向上的力學性能的差異。
對Voronoi晶體模型進行網格劃分后，進行簡單的單軸壓縮模擬，并生成應力分布圖。
通過應力圖可以看出，應力大的位置主要出現在楊氏模量更大的灰色晶格上，這與一般的力學常識相一致。同時可發現較大的晶格邊界應力，這將導致晶格間的劈裂。
同時進行同取向晶體單一材料模擬對比分析，應力圖如下：
同材料Voronoi晶體的軸壓試驗中，不同晶格之間的應力無明顯差異性，無晶格取向的晶體力學性能更趨向于各項同性材料，因此多晶結構的差異主要在于晶體取向的不同。
展開 本案例介紹在COMSOL內建立任意形狀的三維Voronoi晶體結構實體模型。
三維模型需要在AutoCAD內建立，并通過CAD三維模型Voronoi劃分插件進行晶格劃分。
將劃分好的晶體結構導出為iges格式文件，并將其導入到COMSOL內，建立裝配體。
對模型中的Voronoi晶粒設置不同的材料屬性。
可劃分網格，并進行晶體結構有限元仿真分析。
對于常規對稱的光子晶體板中，BIC被線極化遠場所包圍，不利于高容量和多功能集成光學應用。動量空間中如何調控其周圍極化偏振是一個有趣的問題。
利用COMSOL來復現一篇國產小子刊，題為“Arbitrarily polarized bound states in the continuum with twisted photonic crystal slabs”。本文采用扭曲光子晶體結構實現了BIC附近線偏振往圓偏振的轉化，BIC附近的偏振態具有相同的橢偏率。橢偏率由扭轉角度直接決定。如下圖所示：
圖1：扭轉光子晶體
采用本征求解器，首先采用挖孔結構完成建模，材料采用介質硅，設置一定的空氣層高度并上下添加完美匹配層。前后左右的邊界條件采用周期性邊界條件，kx和ky代表x和y方向的波矢，如下圖所示。
圖2：建模
圖3：周期性邊界條件設置
掃描波矢kx，將ky設為0，我們計算得到方向的能帶，如下圖所示。此處縱坐標為波長，橫坐標為波矢kx。插圖為原文三維能帶，結果一致。品質因子在點處趨于無窮大，證明了BIC的存在。
圖4：能帶計算
圖5：品質因子計算
我們給予一定的扭轉角度，設為45°，同時掃描波矢kx和ky。在上表面添加積分算子來計算斯托克斯參數，具體計算公式參考[ Physical Review Letters, 124(15), 153904.]的補充材料。最后繪制動量空間中的極化分布，此時BIC全部為圓偏振。
圖6：橢偏率計算
圖7：圓偏振分布
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本案例介紹在COMSOL內建立任意形狀的三維Voronoi晶體結構實體模型。
三維模型需要在AutoCAD內建立，并通過CAD三維模型Voronoi劃分插件進行晶格劃分。
將劃分好的晶體結構導出為iges格式文件，并將其導入到COMSOL內，建立裝配體。
如通過COMSOL進行Voronoi晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂模擬。
COMSOL晶體斷裂
https://www.yqgqt.org.cn/post/1910930
連續體中的束縛態(BIC)由于其非輻射的特點已被證明是相關的在動量空間中具有拓撲電荷和渦旋極化奇點。對于常規對稱的光子晶體板中，BIC被線極化遠場所包圍，不利于高容量和多功能集成光學應用。動量空間中如何調控其周圍極化偏振是一個有趣的問題。
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1980 年，Bell Communication Research 的 Eli Yablonovitch 提出了一個思考：如何減少特定頻率范圍內半導體激光器的損耗？他在透明介質中切割出周期性圓孔，并觀察到一定頻率范圍內的光發生了損耗，無法穿透。Yablonovitch 發現這些結構與具有傳導和價帶的半導體類似，并將它們命名為光子晶體（與普林斯頓大學的 Sajeev John 合作）。光子晶體即光子禁帶材料
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COMSOL晶體建模可采用CAD Voronoi 3D插件進行，插件下載鏈接：
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COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂位移：
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂裂縫擴展：
需要進行模擬的可在下面鏈接下載Voronoi的模型樣圖，CAD格式的，需要自己導入的COMSOL內：
CAD Voronoi
將構建好的Voronoi多晶體幾何模型文件導入到COMSOL內，構建好晶體結構模型后，進行材料賦值操作，這里采用了三種不同的晶格材料＋一種晶格邊界。
這四種材料楊氏模量E的關系為：晶格邊界<<藍色<<黃色<灰色，其中藍色材料的楊氏模量比黃色小一個數量級，黃色比灰色小一倍，由此來區分不同晶格取向上的力學性能的差異。
近年來，周期性復合材料受到了廣泛的關注。眾所周知，半導體的理論基礎是能帶理論。當電子在周期勢場中傳播時，就會形成帶結構（即導帶和禁帶），電子只能在導帶中自由運動。人們可以通過調節半導體超晶格中的物理參數來設計和調節帶隙，從而促進半導體科學技術的發展。最近，類似的研究已經擴展到彈性/聲波在稱為聲子晶體的周期性復合材料中的傳播。彈性波在周期性復合介質（如聲子晶體）中的傳播是過去十年來許多研究者感興趣的研究對象
009 - COMSOL含Kerr材料的二維光子晶體波導（僅包含模型文件，40元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在Journal of Modern Optics上的文獻《A novel proposal for all-optical compact and fast XOR/XNOR gate based on photonic crystal 作者：Golnaz Tavakoli
