等離子體激元仿真的案例
OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1. 應用
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亞波長光學
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傳感
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信號傳輸
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光學偏振器
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彎曲波導
2. 優勢
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VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
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搜索具有復值模式指數的模態
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高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
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三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
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利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
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VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
展開 OptiMode應用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結構的導模。
等離子體平均功率流圖
1.應用
?亞波長光學
?傳感
?信號傳輸
?光學偏振器
?彎曲波導
2.優勢
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導
?搜索具有復值模式指數的模態
?高階插值混合向量/節點元素,可以準確地捕捉到金屬與電介質交界面附近的高電場強度
?三角網格尺寸能夠適應高精度材料屬性
?利用波導的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態作為目標
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復介電常數材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進行建模的矢量基函數來表示。其中一個很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計算表面等離子傳導結構。
該結構在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數是-19-j0.53[1]。該傳導結構不僅僅有高介電常數對比度組成，同時具有較高的橫縱比，即寬度遠大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應波導厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結構。
圖1 模態指數作為銀厚度的函數
對于厚度值較小的一些模式表現出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關于x和y軸對稱。SS0模式備受關注，因為除了其較低的損耗，其坡印廷矢量與一個光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠大于中心。
展開 粗論COMSOL等離子體仿真
完全可以不需要任何第三方軟件（比如專業CAD，專業網格，專業繪圖等）而一條龍式地進行仿真任務。
然而，簡單意味著可以“無腦”嗎？
答案是：NO
相信無數新手在被“丟給”COMSOL進行仿真項目的時候都會聽到這樣話，比如“你去把這個模擬一下，下周給我結果”，‘’我看人家那個COMSOL軟件很厲害，你再去用它模擬一下看看‘’。這種極其“不負責任”的要求必定會對新手的自信造成重創。這是因為COMSOL往往被人誤解為非常簡單。殊不知，自認為的簡單僅僅是軟件給用戶在操作體驗上帶來的方便而已。如果你不理解你的物理模型，不懂得一些基本的數值計算的基本概念，而直接去使用COMSOL進行仿真任務，那就跟坐穿天猴去火星是一個道理。
接下來小編結合大部分人遇到的問題談一談使用COMSOL對等離子體進行仿真的困難！
1.首先我們要清楚COMSOL能仿真哪些等離子體現象？
這不是一個絕對的能或不能的問題。如果我們單純指comsol的等離子體模塊，那可以仿真的等離子體類型有很多。等離子體模塊的控制方程就是所謂的流體模型（即漂移擴散近似D-DA），我們知道等離子體仿真包括流體模型，粒子模型，混合模型。而流體模型針對不同的等離子體類型又有不同的‘變種’。比如常見的實驗室內低溫等離子體反應器如CCP,ICP，電暈，大氣壓的streamer，jet，直流輝光，這幾大類都可以使用漂移擴散的流體模型。那么對于等離子體反應物種仿真，comsol也提供了全局模型。對于局部電場較高的情況下，提供了局部場（LFA）近似模型。
還有一類采用swarm參數的模型，比如電離系數，復合系數等均為局部電場的函數，這類模型可以使用PDE模塊。
展開 使用 COMSOL 進行等離子體化學仿真
等離子體化學對等離子體建模非常重要。例如，通過反應和碰撞才能明確等離子體中不同物質之間的相互作用。有了這些信息，就可以計算物質傳輸方程中出現的源項和傳遞系數。這篇文章，我們將介紹等離子體化學的組成部分，在哪里以及如何獲取等離子體建模的相關數據。我們還將討論制備等離子體化學的方法。
等離子體化學組件
在低電離度的低溫等離子體中，主要的物質是
中性物質。
這意味著電子和離子在是中性氣體背景中傳輸(它們主要與之碰撞)的。
對于我們感興趣的等離子體建模，電子的能量要比等離子體中的所有其他物
質高得多，電子平均能量約為幾個電子伏特，背景氣體的溫度范圍在室溫到 1000 K 左右。
在許多工業反應堆中，等離子體通過施加一個能夠將電子加速到可能發生電離的能量的電場來維持。在這種情況下，電子可以被認為是維持放電的主要載體，因為它們從電場中獲得能量，并在與背景氣體的碰撞中失去能量，反應產物可以是中性激發態、電子和離子。激發態和離子等重物質也會發生碰撞，導致電荷轉移、電離和離子-離子復合。在等離子體反應器中，物質通過擴散和遷移進行運輸，最終到達表面。需要描述與表面的相互作用。例如，假設電子在到達金屬表面時被吸收并且離子被中和到基態是正常的。
總之，等離子體化學的主要元素是物質和性質，包括傳輸系數、電子撞擊反應、重物質反應和表面反應。下面我們來更詳細地討論這些內容。
電子碰撞反應
電子碰撞反應可分為彈性、激發、電離或附著。我們可以使用 COMSOL Multiphysics? 仿真軟件中的電子碰撞反應 功能定義這些類型的反應。下圖是氧氣電離反應的設置。
圖1 模型開發器顯示了用戶定義的氬氣和氧氣混合物的等離子體化學的電子碰撞反應功能。 設置窗口顯示了電離分子氧的電子碰撞反應功能。反應由電子碰撞截面指定。
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基于comsol進行等離子體缺陷的二維微結構電磁調制仿真
關鍵詞：微結構器件；禁帶效應；等離子體缺陷；開關調控；電磁波調制
光子晶體是一種介電常數呈周期變化的材料，通常通過調節介質材料與空氣或其他具有折射率差異材料間的周期排列結構，實現電磁波透射率在特定頻段下出現諧振現象，在當前的電磁調制器件開發中有著極為廣闊的應用前景。但受限于光子晶體器件調制功能較為單一、調制靈活性較低這一問題，本文通過在現有光子晶體中設置等離子體二維點缺陷，利用禁帶缺陷態效應，顯著提高了電磁調制器件的調制效率和靈活性，對于高效電磁調制器件的開發設計與有限元仿真具有一定借鑒意義。
本文主要從點缺陷和設置及電磁調制響應Comsol仿真仿真展開，基于禁帶缺陷態調制理論，本文選擇三角形晶格結構進行建模，選用氧化鋁為纖維棒作為微結構介質材料進行二維建模，氧化鋁纖維折射率為3.08，直徑為6mm，周圍環境為空氣，折射率為1。為設置二維點缺陷，在中間設置基于SiO2前提的等離子體缺陷，等離子體折射率為0.97，建模如圖1所示。
圖1（a）無點缺陷光子晶體結構建模；（b）設置等離子體二維點缺陷結構建模
基于上述模型建立，對于此二維結構仿真，波源采用端口激勵，波沿Y軸傳播TE模式，電場沿著Z軸振動。為了計算結果的準確，對于此模型中的TM波，沿X軸的兩個邊界處設為完美磁導體，可以用來模擬Ｘ軸方向上無限多層。
通過物理場控制網格劃分后，對于原始二維光子晶體結構在6 GHz~16.2 GHz下進行電磁仿真，仿真結果如圖2所示。仿真結果表明該結構在8~10 GHz和15.2~16 GHz下展現出兩個近零透過率的禁帶頻段，實現了較好的電磁調制。并由禁帶頻率9 GHz下電場分布解析可知，禁帶頻段下，特定波長電磁波無法透過該光子晶體結構，進而展現出極低透射率。
展開 雙層石墨烯/砷化鎵的等離子體共振光柵結構光電探測器數值仿真 ￥500
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/80019830f9304a1799118885f068db17.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電磁場仿真結果</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/47ce638fc01b4bf3972ae6a3aec043ea.png" alt="Untitled2.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 吸收率隨波長變化曲線</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p><p><br></p>
展開 快速了解離散元仿真軟件Altair EDEM（與多體/有限元/流體軟件實現耦合）
2019年11月7日，Altair（納斯達克股票代碼：ALTR）宣布收購英國DEM Solutions公司，其旗下產品EDEM是散體物料仿真領域離散元方法(DEM)技術的市場領導者。
EDEM可應用于物料輸送、物料破碎、物料攪拌、物料裝卸、高爐布料、固體擠壓切割、藥粉混合等領域，包含如下幾方向：（1）混合與分離；（2） 收縮、斷裂及凝聚；（3）顆粒的損傷和磨損；（4）固-液流的條件；（5）機器部件對顆粒碰撞的力學反應；（6） 腐蝕；（7）顆粒包裝和表面處理；（8）熱和質量的傳遞；（9）化學反應動力學；（10）沉降和顆粒從固-液體系中的去除；（11）危險切料的處理；（12） 干-濕固體壓實；（13）粘性和理性力學；（14）膠體和玻璃體的行為。
目前對散體物料的研究主要使用離散元方法。離散元法（Discrete Element Method, 簡稱 DEM）就是離散單元法，是指每個單元都是離散的，有獨立特性的，也就我們常見的顆粒狀物料。離散元法的核心思想就是在拉格朗日坐標體系下，針對每個顆粒進行檢索，計算由于接觸產生的力，再運用牛頓第二定律進行計算顆粒的加速度/速度和位移的變化，進而得到整個系統的狀態。
EDEM作為全球首個多用途離散單元法建模軟件，采用先進的建模技術，可以快速準確地建立煤塊、礦石、土壤、藥片等各類固體散料的模型，可用于工業生產中的顆粒處理及其制造設備的生產過程的仿真與分析。
用戶可以使用 EDEM 輕松快速地創建顆粒實體的參數化模型。為了反應出實際顆粒的形狀，用戶還可以將 CAD實體模型直接導入EDEM ，這大大增加了其仿真的準確性。
此外，也可以將力、材料和其他物理特征添加到 EDEM中，形成顆粒模型。這些特征可以保存到軟件的數據庫當中，以便用戶建立個性化的模型處理環境。
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