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

Photonic Crystal

Plasmonic Wire Grating

Optical Scattering by Gold Nanospheres

Directional Coupler

Step Index Fiber Bend with Bending Loss

Modeling of Negative Refractive Index Metamaterial

Gaussian Beam Incident at Brewster Angle

Second Harmonic Generation from a Gaussian Beam

Dielectric Slab Waveguide