COMSOL Multiphysics® 5.3a Release Highlights



Wave Optics Module Updates


Wave Optics모듈 사용자들을 위하여 COMSOL Multiphysics 5.3버전에서는 자동 Physics-Controlled Mesh기능과 가우시안 background field에 대한 Helmholtz-compliant기능, 새로운 후처리 변수들 등이 제공됩니다. Wave Optics 모듈 업데이트에 대한 자세한 내용은 하단을 참고하여 주십시오.

Physics-Controlled Meshing

Electromagnetic Waves, Frequency Domain과 Electromagnetic Waves, Beam Envelopes지배식에서 Physics-controlled meshing이 기본으로 설정되었습니다. Physics-controlled meshing알고리즘이 일반적인 주파수에 따른 매질 특성뿐만 아니라 Drude-Lorentz와 Debye, Sellmeier분산모델도 적용되도록 향상되었습니다. Physics-controlled meshing기능은 모드 해석을 위해서도 사용할 수 있습니다.

Electromagnetic Waves,Beam Envelopes지배식에서 기본 설정으로 사면체 또는 삼각형 메시를 만드는 추가옵션과 함께 3차원에서는 Swept메시를 만들고 2차원에서는 mapped 메시를 만듭니다.

Directional Coupler예제에서 Electromagnetic Waves, Beam Envelopes지배식의 새로운 Physics-Controlled Mesh의 설정.

Directional Coupler예제에서 Electromagnetic Waves, Beam Envelopes지배식의 새로운 Physics-Controlled Mesh의 설정.


Application Library paths for examples using the new physics-controlled mesh:

Wave_Optics_Module/Gratings_and_Metamaterials/hexagonal_grating
Wave_Optics_Module/Gratings_and_Metamaterials/negative_refractive_index
Wave_Optics_Module/Gratings_and_Metamaterials/plasmonic_wire_grating
Wave_Optics_Module/Optical_Scattering/beam_splitter
Wave_Optics_Module/Optical_Scattering/brewster_interface
Wave_Optics_Module/Optical_Scattering/nanorods
Wave_Optics_Module/Optical_Scattering/scattering_nanosphere
Wave_Optics_Module/Verification_Example/dielectric_slab_waveguide
Wave_Optics_Module/Verification_Example/fresnel_equations
Wave_Optics_Module/Verification_Example/symmetric_laser_cavity
Wave_Optics_Module/Waveguides_and_Couplers/directional_coupler
Wave_Optics_Module/Waveguides_and_Couplers/optical_ring_resonator
Wave_Optics_Module/Waveguides_and_Couplers/photonic_crystal
Wave_Optics_Module/Waveguides_and_Couplers/step_index_fiber_bend

Default Wavelength for Study Steps

Electromagnetic Waves, Frequency Domain이나 Electromagnetic Wave, Beam Envelopes지배식중 하나와 함께 Wavelength Domain이나 Frequency Domain해석을 사용하여 주파수에 대한 해석이나 파장에 대한 해석을 수행할 때, 기본 파장으로 1μm가 설정됩니다.

Helmholtz-Compliant Gaussian Beam Background Field

빔 초점면이 주요 진행 방향 주변을 지정하는 파동 벡터로 진행하는 평면파의 합계를 사용하여 근사화되는 새로운 가우시안 빔 Background field설정을 사용할 수 있습니다. 근축 근사법과 비교하여 이 방법의 장점은 각 평면파가 헬름홀츠 방정식의 해이기 때문에 평면파 확장법이 헬름 홀츠 방정식의 해라는 점입니다. 이름에서 알 수 있듯이 근축 근사는 헬름홀츠 방정식에 대한 근사해이므로 초점이 매우 집중되는 가우시안 빔을 나타내기 위해서 사용할 수 없습니다.

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Application Library path for an example using the Helmholtz-compliant Gaussian beam background field:

Wave_Optics_Module/Optical_Scattering/nanorods

New Postprocessing and Visualization Tools for Reflectance and Transmittance

반사율과 투과율, 흡수율의 계산을 단순화 하기 위한 새로운 후처리 변수가 추가 되었습니다. 예를 들어 Port1의 반사율을 위해 사용되는 abs(ewfd.S11)^2대신에 ewfd.R_port_1을 사용할 수 있습니다. 변수들의 이름인 ewfd.Rport_와 ewfd.Tport_는 Port이름에 의해 결정됩니다. 유사하게 Periodic Port와 Diffraction order Port들이 사용되면, 모드 수와 모드 편파에 따라 변수들이 존재합니다. 예를 들어 변수 ewfd.Rorder_p1_op는 2차원에서 1차의 면외(out-of-plane)편파에 대한 반사율을 나타냅니다. 추가적으로 전체 반사율과 전체 투과율, 흡수율에 대한 합산 변수도 존재 합니다.

주파수나 파장에 대한 변화 해석이나 Parametric Sweep, Auxiliary Sweep을 수행하면 반사율이나 투과율에 대한 그림이 자동으로 생성됩니다. 해석에서 스윕에 대해서 해석하지 않으면, 그림 대신에 테이블에 반사율이나 투과율에 대한 변수가 Global Evaluation을 이용하여 출력됩니다.

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Hexagonal Grating예제에서 자동으로 생성되는 모드들에 대한 회절 효율 그래프.

Hexagonal Grating예제에서 자동으로 생성되는 모드들에 대한 회절 효율 그래프.


Dielectric Slab Waveguide예제에서 자동으로 설정되는 Global Evaluation노드와 설정, Table(오른쪽 하단).

Dielectric Slab Waveguide예제에서 자동으로 설정되는 Global Evaluation노드와 설정, Table(오른쪽 하단).


New Effective Index Variable for Boundary Mode Analysis

Boundary Mode해석이 수행될 때, 모드들의 유효 굴절률에 대한 새로운 변수들이 생성되었습니다. 이 변수들의 이름은
.neff_와 같은 패턴을 가집니다. 여기에서
는 지배식의 지시자이고 는 포트의 이름입니다. 예를 들어 Electromagnetic Waves, Frequency Domain지배식의 Port1은 ewfd.neff_1변수를 가집니다.

New Tutorial Model: Slot Waveguide

이 모델은 나노사이즈의 슬롯 도파관내부의 모드 전파를 해석합니다. 슬롯 도파관은 두 개의 고 굴절률 슬래브가 저 굴절률 슬롯에 입접하게 위치되어 집니다. 일반적인 유전체 도파관의 동작과는 다르게 슬롯 도파관의 모드는 저 굴절률 슬롯에서 발생합니다. 이러한 결과는 2차원 단면에 대한 모드해석을 통하여 보여집니다. 추가적으로 슬롯 영역을 통하여 최대 광 파워 및 강도를 전달하기 위해 슬롯의 폭을 최적화하는 해석이 수행됩니다.

Surface Plot은 중심부의 저 굴절율 슬롯에 빛이 집중되는 것을 보여 줍니다. 그림은 전기장의 성분에 대하여 출력하고 있습니다.

Surface Plot은 중심부의 저 굴절율 슬롯에 빛이 집중되는 것을 보여 줍니다. 그림은 전기장의 성분에 대하여 출력하고 있습니다.

Application Library path:

Wave_Optics_Module/Waveguides_and_Couplers/slot_waveguide

Updated Tutorial Model: Fresnel Lens

이 모델은 Electromagnetic Waves, Frequency Domain과 Electromagnetic Waves, Beam Envelopes지배식간의 비교를 포함하도록 수정되었습니다. Electromagnetic Waves, Beam Envelopes지배식은 계산시간은 훨씬 빠르지만, 해석 결과는 상당히 일치합니다. 추가적으로 Model Method를 추가하는 방법도 보여 줍니다. Model Method는 형상 변수가 변경될 경우 복잡한 형상을 자동으로 재구성하는데 사용할 수 있습니다. 마지막으로 모델은 완전 정합조건(PML)을 사용하여 회절 구조의 산란성분을 효율적으로 흡수하여 수치적인 결과와의 유사성을 향상 시켰습니다.

Electromagnetic Waves, Beam Envelopes지배식을 사용하여 해석한 결과를 포함하는 수정된 비교 결과.

Electromagnetic Waves, Beam Envelopes지배식을 사용하여 해석한 결과를 포함하는 수정된 비교 결과.

Application Library path:

Wave_Optics_Module/Verification_examples/fresnel_lens

Adaptive Frequency Sweep

새로운 Adaptive Frequency Sweep해석은 주파수 해석에서 감소된 차수 모델을 이용하여 빠르고 조밀한 주파수 해상도로 해석하기 위해 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 사용자는 여러 주파수에 대하여 발생한 고조파 성분에 대한 선형화된 모델이나 선형응답을 계산할 수 있습니다. Asymptotic Waveform Evaluation(AWE)모델 감소는Padé근사나 Taylor급수 확장이 지정된 주파수 간격에서 전달함수로 사용되는 모멘트 매칭 기법에 의해 수행됩니다. AWE수식은 포트 설정을 기반으로 선택되지만, 사용자 정의 수식을 이용하여 설정할 수도 있습니다. 사용자 정의 수식은 AWE알고리즘에 의해 계산된 오류 추정을 위해 입력될 수 있습니다. AWE 방법에 사용된 수식이 주파수에 비해 충분히 느리게 변하면, 해석은 성능에 큰 영향을 주지 않으면서 아주 미세한 주파수 분해능을 사용하여 실행됩니다. AWE방법은 이전버전에서도 사용할 수 있었지만, 쉽게 사용할 수 있는 전용 해석은 아니었습니다.

도파관 아이리스 필터에서 Adaptive Frequency Sweep과 일반적인 주파수 해석에 대한 S파라미터 결과를 보여주고 있습니다. 해석은 일반적인 주파수 해석과 비슷한 시간 동안 10배의 정밀한 주파수 분해능으로 실행 될 수 있습니다.

도파관 아이리스 필터에서 Adaptive Frequency Sweep과 일반적인 주파수 해석에 대한 S파라미터 결과를 보여주고 있습니다. 해석은 일반적인 주파수 해석과 비슷한 시간 동안 10배의 정밀한 주파수 분해능으로 실행 될 수 있습니다.


Slit Port Visualization: More Intuitive Arrow Direction

활성화된 Slit 조건이 설정된 내부 포트는 화살표를 이용하여 파워 흐름의 방향을 표시합니다. 사용자는 쉽게 파워 방향을 Toggle Power Flow Direction버튼을 클릭하여 변경할 수 있습니다.

Toggle Power Flow Direction버튼을 클릭하여 사용자는 내부 포트에서 파워 흐름의 방향을 변경할 수 있습니다.

Toggle Power Flow Direction버튼을 클릭하여 사용자는 내부 포트에서 파워 흐름의 방향을 변경할 수 있습니다.


Data Refinement Using a Combine Solutions Study Step

Combine Solution해석을 이용하여 원하지 않는 결과들을 거르거나 제거할 수 있습니다. 이 기능은 Time to Frequency FFT해석의 주파수 스펙트럼의 양 끝단 몇 %를 제거하기 위해 사용될 수 있습니다. 해석의 일부분은 사용자 정의 수식을 이용하여 제외할 수도 있습니다.

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