COMSOL Multiphysics^® 6.1 Release Highlights

Wave Optics Module Updates

Für Nutzer des Wave Optics Module führt COMSOL Multiphysics^® Version 6.1 eine Funktionalität für dielektrische Streuung, die Hintergrundfeldfunktion Linearly polarized plane wave in 2D-Achsensymmetrie und neue Tutorial-Modelle ein. Hier erfahren Sie mehr über diese und weitere Updates.

Dielektrische Streuung mit dem Electromagnetic Waves, Boundary Elements Interface

Die Wechselwirkung von elektromagnetischen Wellen mit dielektrischen Objekten wird jetzt für die Randelementmethode unterstützt, einschließlich der Berechnung der zugehörigen Streuungseigenschaften im Fernfeld. Die neue Funktionalität ist im Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements verfügbar. Sie erfordert das Hinzufügen eines Knotens Wave Equation, Electric zu jedem dielektrischen Streuungsgebiet. Außerdem kann ein Knoten Far-Field Calculation hinzugefügt werden, um Fernfeldgrößen wie zum Beispiel die Streuungsamplitude zu berechnen. Sie können sich diese Funktion in dem neuen Modell Optical Yagi-Uda Antenna ansehen.

Im Fenster Model Builder wird ein zweiter Knoten Wave Equation, Electric ausgewählt, der Aluminiumstreuer darstellt. Der erste Knoten Wave Equation, Electric stellt das unendliche Luftgebiet dar.

Layered Impedance Boundary Condition

Neue Funktionen ermöglichen es Ihnen, mehrere dünne Schichten auf einem Substrat mit geringer Tiefe zu modellieren. Dazu gehört zum Beispiel die Modellierung dünner dielektrischer Schichten auf einer Metalloberfläche. Solche dünnen Schichten lassen sich mit der Funktion Layered Impedance Boundary Condition beschreiben, die im Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain verfügbar ist. Dazu müssen Sie ein Layered Material im globalen Materials und einen Layered Material Link im Knoten Materials kombinieren. Sie können diese Funktion in dem neuen Modell Enhanced Coating for a Microelectromechanical Mirror sehen.

Layered Transition Boundary Condition

Die Layered Transition Boundary Condition im Interface Electromagnetic Waves, Frequency Domain wurde nun auch dem Interface Electromagnetic Waves, Beam Envelopes hinzugefügt. Die Layered Transition Boundary Condition wurde ebenfalls aktualisiert und enthält nun alle Materialmodelle, die für die Transition Boundary Condition verfügbar sind, was die Definition der Materialparameter für die Randbedingung vereinfacht.

Linearly Polarized Plane Wave Hintergrundfeld in 2D-Achsensymmetrie

Der Hintergrundfeldtyp Linearly polarized plane wave mit beliebiger Polarisation und beliebigem Einfallswinkel ist jetzt für 2D-Achsensymmetrie verfügbar und verwendet eine Expansionsmethode. Er eignet sich für die Modellierung der Streuung von Rotationskörpern unter Anregung durch ebene Wellen. Im Vergleich zur Modellierung desselben Problems in 3D benötigt das achsensymmetrische 2D-Modell deutlich weniger Speicherplatz und Zeit, insbesondere bei elektrisch großen Streuern, und ermöglicht die Verwendung eines dichteren Netzes zur Verbesserung der Genauigkeit. Wenn Sie das Hintergrundfeld Linearly polarized plane wave in der 2D-Achsensymmetrie verwenden, wird automatisch ein Hilfssweep der azimutalen Modenzahl hinzugefügt. Um die vollständige Lösung zu erstellen, müssen Sie bei der Nachbearbeitung die Beiträge der einzelnen azimutalen Moden addieren. Sie können diese Funktion in dem neuen Modell Cloaking of a Cylindrical Scatterer with Graphene (Wave Optics) sehen.

Neues benutzerfreundliches Symmetry Plane Feature

Das Feature Symmetry Plane vereinfacht die Definition von Symmetrieebenen für perfekte elektrische Leiter (PEC) und perfekte magnetische Leiter (PMC). Diese Funktion wird anstelle der Randbedingungen Perfect Electric Conductor und Perfect Magnetic Conductor verwendet, wenn die Modellgröße aus Symmetrieüberlegungen reduziert wird. Außerdem werden die Informationen über den Typ und die Position der Symmetry Plane Features bei der Berechnung von Fernfeldern und bei der Definition von analytischen Port-Modenfeldern und der Lumped-Port-Impedanz verwendet. Sie können dieses neue Feature in den folgenden Modellen sehen:

• scattering_nanosphere
• self_focusing
• fabry_perot_resonator

Verwendung von Symmetry Plane Knoten in dem Tutorial-Modell Optical Scattering off a Gold Nanosphere.

Finite Element Method (FEM)–Boundary Element Method (BEM) Multiphysik-Kopplung

Eine neue FEM-BEM-Kopplungsfunktion vereinfacht die Einrichtung von hybriden FEM-BEM-Modellen für elektromagnetische Wellen. Sie ist im Modellassistenten als Multiphysik-Interface Electromagnetic Waves, FEM-BEM verfügbar, das die Interfaces Electromagnetic Waves, Frequency Domain und Electromagnetic Waves, Boundary Elements mit einer neuen Multiphysik-Kopplungsfunktion Electric Field Coupling kombiniert.

Weak Port-Formulierung

Bei der Expansion des elektrischen Feldes an einem Port-Rand fügt die neue Weak Port-Formulierung eine skalare abhängige Variable für den Expansionskoeffizienten (den S-Parameter) hinzu und löst dann die S-Parameter und das tangentiale elektrische Feld am Rand mithilfe eines schwachen Ausdrucks. Da keine Beschränkungen verwendet werden, entfällt bei dieser Formulierung der Schritt der Eliminierung von Beschränkungen beim Lösen vollständig. Diese neue Port-Formulierung ersetzt die beschränkungsfreie Port-Formulierung, die in Version 6.0 eingeführt wurde.

Sie finden diese neue Port-Formulierung in fast allen portbasierten Tutorial-Modellen, wie zum Beispiel:

• optical_ring_resonator_3d (new)
• plasmonic_wire_grating
• hexagonal_grating

Kovariante Formulierung in 2D-Achsensymmetrie

In der achsensymmetrischen 2D-Formulierung ist es vorteilhaft, die abhängige Variable außerhalb der Ebene zu formulieren als

,

was als kovariante Formulierung bezeichnet wird. Dabei ist Ψ die abhängige Variable und ist die radiale Koordinate. Die Komponente des elektrischen Feldes außerhalb der Ebene wird dabei wie folgt berechnet:

Die kovariante Formulierung hat eine bessere Leistung in Bezug auf numerische Stabilität und Genauigkeit. Im Vergleich zu früheren Versionen können die Eigenfrequenzsimulationen weniger Eigenfrequenzen liefern. Allerdings sind die Lösungen genauer und es werden viel seltener fehlerhafte Lösungen zurückgegeben.

Diese Formulierung wird für alle Studientypen außer Mode Analysis und Boundary Mode Analysis verwendet und ist in den folgenden Modellen zu sehen:

• cylinder_graphene_cloak
• step_index_fiber_bend
• vertical_cavity_surface_emitting_laser
• whispering_gallery_mode_resonator

No Incident Field Option für Scattering und Matched Boundary Conditions

Für die Randbedingungen Scattering Boundary Condition und Matched Boundary Condition im Interface Electromagnetic Waves, Beam Envelopes gibt es jetzt eine Standardoption für den Parameter Incident field: den Wert No incident field. Sie können diese Option verwenden, wenn es an dem Rand nur ausgehende Wellen gibt. Die folgenden bestehenden Modelle verdeutlichen diese Option:

• brewster_interface
• beam_splitter
• fabry_perot_resonator

Darstellung des analytischen Port-Modenfeldes vor der Berechnung

Die Modenfelder der Porttypen Rectangular, Circular, und Coaxial werden durch analytische Funktionen beschrieben. In dieser Version können diese Arten von Port-Moden vor der Ausführung der Simulationen in der Vorschau angezeigt werden, unter der Bedingung, dass die Port-Ränder parallel zu den Hauptachsen liegen.

Die Port Einstellungen und das Feld für den rechteckigen TE₁₀ Modus. Die Schaltfläche Plot befindet sich neben dem Feld Mode type.

Upwind Flux Formulierung

Der Parameter Flux type im Knoten Wave Equations für das Interface Electromagnetic Waves, Time Explicit enthält jetzt auch eine Option Upwind flux. Diese Option kann verwendet werden, um S-Parameter-Berechnungen zu verbessern, die aufgrund von Überdissipation an den Rändern perfekter elektrischer Leiter (PEC), die bei Verwendung der standardmäßigen Lax-Friedrichs-Flussparameter auftreten kann, eine geringe Genauigkeit aufweisen.

Skin Depth Calculator

Eine neue Funktion kann verwendet werden, um die Eindringtiefe zu berechnen, die durch die elektrische Leitfähigkeit oder den spezifischen Widerstand eines Materials definiert werden kann. Damit können Sie feststellen, ob die Anwendung einer bestimmten Randbedingung angemessen ist. Der Skin Depth Calculator ist in den Einstellungen der Funktionen Impedance Boundary Condition, Transition Boundary Condition, Layered Impedance Boundary Condition und Layered Transition Boundary Condition verfügbar. Die Funktion Skin Depth Calculator ist in den folgenden Modellen zu sehen:

• beam_splitter
• enhanced_mems_mirror_coating
• graphene_metamaterial_perfect_absorber

Neue Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics^® Version 6.1 enthält mehrere neue Tutorial-Modelle für das Wave Optics Module.

Optical Ring Resonator Notch Filter 3D

Ein optisches 3D-Ringmodell mit Teilen aus der Wave Optics Part Library. Die Ergebnisse zeigen die Feldverteilung bei der Resonanzwellenlänge.

Application Library Titel:
optical_ring_resonator_3D
Download aus der Application Gallery

Optical Yagi-Uda Antenna

Das Interface Electromagnetic Waves, Boundary Elements wird zur Modellierung einer optischen Yagi-Uda-Antenne aus Aluminium-Nanostäbchen verwendet. Die Ergebnisse zeigen das Fernfeld-Strahlungsmuster der Antenne, die von einem elektrischen Punktdipol angetrieben wird.

Application Library Titel:
optical_yagi_uda_antenna
Download aus der Application Gallery

Cloaking of a Cylindrical Scatterer with Graphene

Das Linearly polarized plane wave Hintergrundfeld in einem achsensymmetrischen 2D-Modell. Die Ergebnisse zeigen einen Vergleich der Feldverteilungen um einen zylindrischen Streuer mit und ohne Graphenmantel.

Application Library Titel:
cylinder_graphene_cloak
Download aus der Application Gallery

Graphene Metamaterial Perfect Absorber

Ein auf Graphen basierender Terahertz (THz) Metamaterial-Absorber, der aus einer Fischnetzstruktur besteht.

Application Library Titel:
graphene_metamaterial_perfect_absorber
Download aus der Application Gallery

Enhanced Coating for a Microelectromechanical Mirror

Vergleich der Spiegelreflexionsspektren vor und nach der Optimierung der Dicke der dünnen dielektrischen Schicht.

Application Library Titel:
enhanced_mems_mirror_coating
Download aus der Application Gallery

Tapered Waveguide

Die elektrische Feldverteilung eines kegelförmigen Wellenleiters mit einer sich ausbreitenden Welle, modelliert mit dem Interface Electromagnetic Waves, Beam Envelopes.

Application Library Titel:
tapered_waveguide
Download aus der Application Gallery