Wave Optics Module

Para Simular a Propagação de Ondas Eletromagnéticas em Grandes Estruturas Ópticas

Wave Optics Module

Acoplador direcional feito de duas guias de onda interagindo.

Simulação de Projetos de Componentes Ópticos

O Wave Optics Module oferece ferramentas dedicadas para a simulação precisa de componentes e otimização do projeto óptico para a propagação de ondas eletromagnéticas em meios ópticos lineares e não lineares. Com esse módulo pode-se modelar simulações de ondas eletromagnéticas de alta frequência em estruturas ópticas nos domínios de frequência e tempo. Ele também acrescenta à modelagem de meios ópticos o suporte a materiais não homogêneos e totalmente anisotrópicos, e meios ópticos com ganhos ou perdas. Várias formulações 2D e 3D são disponibilizadas no Wave Optics Module para análise no domínio da frequência e modal, bem como simulação eletromagnética nos domínios da frequência e tempo. É possível calcular, visualizar e analisar fenômenos usando ferramentas de pós-processamento como o cálculo dos coeficientes de transmissão e reflexão.

Análise para Todos os Tipos de Meios Ópticos

É fácil simular sensores ópticos, metamateriais, fibras ópticas, acopladores bidirecionais, dispositivos plasmônicos, processos ópticos não lineares em fotônica e a propagação de feixes de laser. Isso pode ser feito em domínios em 2D, 2D axissimétricos e 3D espaciais. As portas podem ser definidas para entradas e saídas, bem como para a extração automática de matrizes de parâmetros S que contêm as propriedades completas de transmissão e reflexão de uma estrutura óptica com, possivelmente, várias portas. Uma variedade de diferentes condições de contorno pode ser aplicada para simular condições de contorno de espalhamento, periódicas e de descontinuidade. Camadas perfeitamente casadas (PMLs) são ideais para simular a propagação de ondas eletromagnéticas em espaço livre ilimitado ao mesmo tempo em que se mantêm a necessidade baixa de recursos computacionais. Os recursos depós-processamento permitem a visualização, avaliação e integração de praticamente qualquer quantidade concebível, visto que pode-se compor livremente expressões matemáticas de campos e quantidades derivadas.

Outras imagens:

  • Um feixe gaussiano é lançado a um vidro óptico BK-7, no qual o índice de refração é maior no centro da fibra,  neutralizando os efeitos difrativos e realmente focalizando o feixe. A figura ilustra uma vista distorcida e a verdadeira razão de aspeto da fibra usada na simulação. Um feixe gaussiano é lançado a um vidro óptico BK-7, no qual o índice de refração é maior no centro da fibra, neutralizando os efeitos difrativos e realmente focalizando o feixe. A figura ilustra uma vista distorcida e a verdadeira razão de aspeto da fibra usada na simulação.
  • Densidade de energia em uma cavidade de Fabry-Perot ao longo de uma faixa de frequências. Com isso, pode-se encontrar as frequências ressonantes e fatores de qualidade Q. Densidade de energia em uma cavidade de Fabry-Perot ao longo de uma faixa de frequências. Com isso, pode-se encontrar as frequências ressonantes e fatores de qualidade Q.
  • Uma esfera de ouro é iluminada por uma onda plana e o espalhamento é medido. É ilustrado o padrão de radiação em campo distante no plano E (azul) e no plano H (verde), juntamente com as perdas por aquecimento resistivo. Uma esfera de ouro é iluminada por uma onda plana e o espalhamento é medido. É ilustrado o padrão de radiação em campo distante no plano E (azul) e no plano H (verde), juntamente com as perdas por aquecimento resistivo.

Uma Variedade de Ferramentas para Simplificar Simulações Ópticas

O Wave Optics Module permite a simulação de meios ópticos que empregam materiais com propriedades não homogêneas, anisotrópicas, não lineares e dispersivas, como condutividade, índice de refração, permissividade ou permeabilidade. Para tanto, o COMSOL Multiphysics dá acesso ao relevante tensor 3 por 3, se sua propriedade for anisotrópica, ou permite que você insira quaisquer equações algébricas arbitrárias para essas propriedades para materiais não lineares, não homogêneos e dispersivos. Para varreduras sobre o comprimento de onda ou a frequência, pode-se definir propriedades de materiais que incluem expressões na variável de frequência ou comprimento de onda. Essa flexibilidade no acesso às equações e à matemática que descreve as propriedades dos materiais torna o Wave Optics Module perfeito para modelar materiais difíceis de descrever, como giromagnéticos e metamateriais com elaboradas propriedades. Ele também inclui ricos recursos para simular estruturas periódicas de Floquet com modos de difração de ordem mais alta, e materiais de índice gradual.

Considere os Efeitos de Outros Fenômenos na Óptica de Ondas

Assim como com todos os produtos COMSOL, o Wave Optics Module integra-se perfeitamente ao COMSOL Multiphysics e aos outros módulos complementares. Essa integração permite que outras físicas sejam acopladas à propagação de ondas eletromagnéticas. Por exemplo, pode-se monitorar o aquecimento por laser ou o efeito de tensões e deformações estruturais sobre a propagação da luz através de seus dispositivos e componentes ópticos.

Modelagem Óptica Precisa com o Inovador Método do Envelope de Feixes

Em estudos de propagação das ondas eletromagnéticas em função do tempo, geralmente presume-se que todas as variações no tempo ocorrem na forma de sinais senoidais, tornando o problema tempo-harmônico no domínio da frequência. O Wave Optics Module possui várias interfaces para simular esses fenômenos. Você também pode simular problemas não lineares onde a distorção do sinal é pequena graças a certos recursos incluídos no módulo. Se a influência não linear for forte, é necessário um estudo completo do seu dispositivo em função do tempo.

Ao resolver problemas de propagação óptica usando métodos tradicionais, um número significativo de elementos é necessário para resolver cada onda que se propaga. Comprimentos de onda pequenos são invariavelmente envolvidos ao simular a propagação da luz. Normalmente, grandes quantidades de recursos computacionais são necessários quando você está modelando componentes e dispositivos grandes em comparação ao comprimento de onda. Em vez disso, o Wave Optics Module aborda esse tipo de simulação usando o inovador método do envelope de feixes.

Esse novo método para a propagação de ondas eletromagnéticas completas sobrepõe-se a necessidade de aproximações tradicionais graças à discretização direta das equações de Maxwell. Neste caso, o campo elétrico é expresso como o produto de uma função envelope que varia lentamente e uma função de fase exponencial que varia rapidamente. Isso possibilita simulações precisas de sistemas opticamente grandes, onde as dimensões geométricas podem ser muito maiores do que o comprimento de onda e as ondas de luz não podem ser tratadas como raios. O método convencional de propagação de ondas eletromagnéticas completas também é disponibilizado no Wave Optics Module e pode ser convenientemente usado para geometrias menores.

Metamaterials Make Physics Seem Like Magic

Surface Plasmon Resonance

A 100-Fold Improvement in Lithography Resolution Realized with a 150-Year-Old “Perfect Imaging” System

Nanorods

Optical Scattering by Gold Nanospheres

Photonic Crystal

Plasmonic Wire Grating

Mach-Zehnder Modulator

Step Index Fiber Bend with Bending Loss

Directional Coupler

Modeling of Negative Refractive Index Metamaterial

Self-Focusing of an Optical Beam

Second Harmonic Generation from a Gaussian Beam