Aggiornamenti del Wave Optics Module

Agli utenti del Wave Optics Module, COMSOL Multiphysics® versione 5.2a offre una nuova funzione "Polarization domain" per agevolare la simulazione mixer di frequenza non lineari e processi parametrici non lineari, una maggiore flessibilità dell'interfaccia Electromagnetic Waves, Beam Envelopes e molto altro. Gli aggiornamenti del Wave Optics Module sono descritti in dettaglio qui di seguito.

Funzione Polarization Domain

Le diverse interfacce nel dominio della frequenza possono essere accoppiate alla nuova funzione Polarization Domain per semplificare le simulazioni di mixer di frequenza non lineari, come la generazione di frequenze somma e differenza, e processi parametrici non lineari. Questa funzione è disponibile come nodo secondario delle interfacce Electromagnetic Waves, Frequency Domain ed Electromagnetic Waves, Beam Envelopes.

Percorso della Application Library con un esempio che utilizza la funzione Polarization Domain:

Wave_Optics_Module/Verification_Examples/second_harmonic_generation_frequency_domain

Nuova app: Polarizing Beam Splitter

I cubi di un divisore di fascio polarizzante sono costituiti da due prismi ad angolo retto, con un rivestimento dielettrico applicato sulla superficie intermedia. Il cubo trasmette una parte dell'onda incidente e riflette l'altra parte. Un vantaggio nell'utilizzo di questa struttura cubica al posto di una piastra per i divisori di fascio è che si evitano le immagini fantasma.

Questa nuova app mostra il cubo di MacNeille di base, che consiste in coppie di strati con indici di rifrazione alternati alti e bassi dove è possibile selezionare il numero di strati che compongono il divisore. È possibile immettere gli indici di rifrazione dei prismi e degli strati dielettrici, direttamente o tramite un elenco di materiali predefiniti.

Si possono generare sweep su una serie di lunghezze d'onda o raggi spot. L'app visualizza il modulo del campo elettrico totale e il campo elettrico dell'onda primaria e secondaria per una determinata lunghezza d'onda o il raggio dello spot e la polarizzazione. Sono anche calcolate la riflettanza e la trasmittanza.

Percorso della Application Library:

Wave_Optics_Module/Applications/polarizing_beam_splitter

Immagine dell'app Polarizing Beam Splitter. La finestra grafica a destra mostra il fascio incidente da sinistra che viene riflesso verso l'alto dallo stack di film sottile applicato ai contorni tra due prismi. Si possono generare sweep parametriche sulla lunghezza d'onda o sul raggio del punto. Il campo elettrico, la riflettanza e trasmittanza e i profili dell'indice di rifrazione possono essere visualizzati nella finestra grafica in aggiunta alla geometria e alla mesh. Immagine dell'app Polarizing Beam Splitter. La finestra grafica a destra mostra il fascio incidente da sinistra che viene riflesso verso l'alto dallo stack di film sottile applicato ai contorni tra due prismi. Si possono generare sweep parametriche sulla lunghezza d'onda o sul raggio del punto. Il campo elettrico, la riflettanza e trasmittanza e i profili dell'indice di rifrazione possono essere visualizzati nella finestra grafica in aggiunta alla geometria e alla mesh.

Immagine dell'app Polarizing Beam Splitter. La finestra grafica a destra mostra il fascio incidente da sinistra che viene riflesso verso l'alto dallo stack di film sottile applicato ai contorni trai due prismi. Si possono impostare sweep parametrici sulla lunghezza d'onda o sul raggio dello spot. Il campo elettrico, la riflettanza e trasmittanza e i profili dell'indice di rifrazione possono essere visualizzati nella finestra grafica in aggiunta alla geometria e alla mesh.

User Defined Wave Vector Specification

L'interfaccia fisica Electromagnetic Waves, Beam Envelopes è diventata più flessibile grazie a una nuova sezione nella finestra impostazioni chiamata User Defined Wave Vector Specification. È stata aggiunta per poter impostare correttamente il vettore d'onda per domini di strati perfettamente adattati (PML) quando si desidera specificare una fase User defined. Le impostazioni predefinite possono essere errate in quella situazione. Selezionando User defined in Type of phase specification list, si vedrà la nuova sezione User Defined Wave Vector Specification, che consente di specificare impostazioni speciali, ad esempio, nei domini dei Perfectly Matched Layer.

App aggiornata: Plasmonic Wire Grating Analyzer

I circuiti basati su plasmoniche di superficie sono utilizzati nelle applicazioni quali chip plasmonici, generazione di luce e nanolitografia. L'applicazione Plasmonic Wire Grating Analyzer calcola i coefficienti di rifrazione, la riflessione speculare e la diffrazione del primo ordine come funzioni dell'angolo di incidenza di una grata metallica plasmonica su un substrato dielettrico.

Il modello descrive una cella unitaria della grata, dove le condizioni al contorno di Floquet definiscono la periodicità. La funzionalità di postprocessing consente di espandere il numero di celle unitarie ed estrarre la visualizzazione nella terza dimensione.

L'app integra la capacità di estrudere l'angolo incidente di un'onda piana dall'angolo normale all'angolo radente sulla struttura della grata. L'app consente anche di variare il raggio di un filo metallico, nonché la periodicità o la dimensione della cella unitaria. Altri parametri modificabili sono la lunghezza d'onda e l'orientamento del piano di polarizzazione.

L'app presenta i risultati di modulo di campo elettrico per molteplici periodicità agli angoli di incidenza selezionati, il vettore d'onda incidente ed i vettori d'onda per tutte le modalità riflesse e trasmesse, oltre a riflettanza e trasmittanza.

Percorso della Application Library:

Wave_Optics_Module/Applications/plasmonic_wire_grating

L'app Plasmonic Wire Grating Analyzer calcola le efficienze di diffrazione per le onde trasmesse e riflesse e gli ordini di diffrazione (primo e secondo) di una grata metallica su un substrato dielettrico. La lunghezza d'onda, la polarizzazione, le proprietà dei materiali, la periodicità di onda e il raggio possono essere modificati. L'app Plasmonic Wire Grating Analyzer calcola le efficienze di diffrazione per le onde trasmesse e riflesse e gli ordini di diffrazione (primo e secondo) di una grata metallica su un substrato dielettrico. La lunghezza d'onda, la polarizzazione, le proprietà dei materiali, la periodicità di onda e il raggio possono essere modificati.

L'app Plasmonic Wire Grating Analyzer calcola le efficienze di diffrazione per le onde trasmesse e riflesse e gli ordini di diffrazione (primo e secondo) di una grata metallica su un substrato dielettrico. La lunghezza d'onda, la polarizzazione, le proprietà dei materiali, la periodicità di onda e il raggio possono essere modificati.

Nuovo tutorial: Second Harmonic Generation in the Frequency Domain

È più difficile generare emissioni laser nella parte corta della lunghezza d'onda visibile e vicino alla parte visibile dello spettro elettromagnetico che nella parte lunga della lunghezza d'onda. La miscelazione della frequenza non lineare semplifica la generazione di nuove lunghezze d'onda corte dalle lunghezze d'onda laser esistenti.

Questo tutorial descrive il processo di generazione di seconda armonica (SHG), dove la luce alla frequenza fondamentale passa attraverso un cristallo con proprietà ottiche non lineari che genera la luce alla seconda frequenza armonica.

Il tutorial accoppia la fisica di due interfacce Electromagnetic Waves, Frequency Domain — una per l'onda fondamentale e una per la seconda armonica — utilizzando la funzione Domain Polarization per ciascuna interfaccia.

I risultati mostrano che l'energia è trasmessa dall'onda fondamentale all'onda di seconda armonica, causando la riduzione in ampiezza dell'onda fondamentale, mentre l'ampiezza dell'onda di seconda armonica inizia da zero e aumenta durante la propagazione attraverso il cristallo. Questi risultati vengono confrontati con la soluzione analitica dell'approssimazione di inviluppo lentamente variabile (SVEA).

Percorso della Application Library:

Wave_Optics_Module/Verification_Examples/second_harmonic_generation_frequency_domain

Grafico della polarizzazione y del campo elettrico per l'onda fondamentale (in alto) e per l'onda di seconda armonica (in basso). Si noti che l'ampiezza dell'onda di seconda armonica aumenta con la propagazione, dato che l'energia viene trasferita dall'onda fondamentale. È anche evidente dal grafico che la lunghezza d'onda dell'onda di seconda armonica è la metà dell'onda fondamentale. Grafico della polarizzazione y del campo elettrico per l'onda fondamentale (in alto) e per l'onda di seconda armonica (in basso). Si noti che l'ampiezza dell'onda di seconda armonica aumenta con la propagazione, dato che l'energia viene trasferita dall'onda fondamentale. È anche evidente dal grafico che la lunghezza d'onda dell'onda di seconda armonica è la metà dell'onda fondamentale.

Grafico della polarizzazione y del campo elettrico per l'onda fondamentale (in alto) e per l'onda di seconda armonica (in basso). Si noti che l'ampiezza dell'onda di seconda armonica aumenta con la propagazione, dato che l'energia viene trasferita dall'onda fondamentale. È anche evidente dal grafico che la lunghezza d'onda dell'onda di seconda armonica è la metà dell'onda fondamentale.

Nuovo tutorial: Single-Bit Hologram

Quando due di fasci di luce coerente si intersecano, viene visualizzato un modello di interferenza. Se ciò si verifica in un materiale sensibile alla luce, con intensità maggiori di una certa soglia di esposizione, il pattern di interferenza viene registrato nel materiale come una modulazione dell'indice di rifrazione e si produce un ologramma.

In questo tutorial, un raggio entra in un materiale olografico dal contorno di sinistra mentre l'altro entra dal contorno superiore. Questo modello simula la memorizzazione di dati olografici bit per bit, compresi il recupero e la registrazione. Nel processo di registrazione, i due fasci si intersecano e creano un pattern di frange di interferenza, che viene registrato nell'ologramma di trasporto dei dati di bit singoli.

Percorso della Application Library:

Wave_Optics_Module/Gratings_and_Metamaterials/single_bit_hologram

Grafico del pattern di interferenza durante il processo di registrazione. Il fascio di riferimento è incidente da sinistra e il fascio oggetto è incidente dall'alto. Il grafico di sinistra rappresenta il campo elettrico sommato da due fasci, mentre il grafico di destra rappresenta il pattern di intensità da due fasci interferenti. Grafico del pattern di interferenza durante il processo di registrazione. Il fascio di riferimento è incidente da sinistra e il fascio oggetto è incidente dall'alto. Il grafico di sinistra rappresenta il campo elettrico sommato da due fasci, mentre il grafico di destra rappresenta il pattern di intensità da due fasci interferenti.

Grafico del pattern di interferenza durante il processo di registrazione. Il fascio di riferimento è incidente da sinistra e il fascio oggetto è incidente dall'alto. Il grafico di sinistra rappresenta il campo elettrico sommato da due fasci, mentre il grafico di destra rappresenta il pattern di intensità da due fasci interferenti.