带标签的博客文章 技术资料
如何使用 COMSOL Multiphysics® 为光学各向异性介质建模
1669 年一个晴朗的夜晚，Erasmus Bartholinus 教授正在把玩一块放在长凳上的冰岛方解石晶体。他突然发现，当方解石覆盖长凳上的文字时，这些文字看起来像一个双重图像。他观察到的这个光学现象称为双折射，是由一束光从晶体中射出时分裂成两个平行光束引起的。我们将在本篇博客中演示这种效应的建模方法。 了解各向异性材料 Erasmus Bartholinus 观察到的穿过晶体的直射光束称为寻常光线，另一种在穿过晶体时发生弯曲的光束，是一种非常光线。从检测有害气体到光子集成电路光束分裂的应用中都广泛存在着各向异性材料，例如上述方解石和长凳实验中的晶体。 穿过各向异性晶体的寻常光线和非常光线。 在物理环境中，当非偏振电磁波束通过各向异性电介质材料传播时，将使得电介质发生极化，产生称为电偶极子 的电荷分布。这种现象导致各向异性电介质材料内出现感应场，其中两种波的折射率不同（寻常波和非常波）。 寻常波在垂直于主平面的方向发生偏振，非常波在平行于主平面的方向发生偏振，其中光轴和晶体中的两个传播方向位于主平面。由于这种特性，波以不同的速度和轨迹传播。 在硅波导中引入各向异性 在之前的一篇博客文章中，我们讨论了由于与 CMOS 制造技术的兼容性，硅及其衍生物二氧化硅如何在光子集成芯片中广泛使用。具有各向同性特性的硅材料用于开发光子集成芯片的原型。然而，由于具有分裂光束和基于偏振的光学效应等光学特性，各向异性材料逐渐显露头角。 在制造波导时的退火过程中，硅光子学中的各向异性偶有显现。由于应力光学效应，纤芯与包层之间的热膨胀差异会导致几何结构失配，从而导致模式分裂和脉冲展宽等效应。各向异性也可以通过改变二氧化硅的孔隙率而有意引入，这样，研究人员能够使用包括二氧化硅（n~1.44）和空气（n~1）在内的一系列有效折射率，从而能够实现非常灵敏的光学传感器应用。 光学传播模式 为了对各向异性介质进行定性分析，研究人员研究了光能如何在平面波导内传播（也称为传播模式）。在平面波导中，我们使用 E^{x}{p,q}和 E^{y}{p,q}（参考文献 2）定义模式，其中 x 和 y 表示偏振方向，p 和 q 表示 x 和 y 坐标中的最大值。 想象一下：你走在一幅 E^{x}{2,1}“风景画”上（如下图所示），“风”（偏振）沿 ±x 方向吹过。从 -x 到 +x 方向行进时，你会遇到两个不同的峰。当你从 -y 方向朝 +y 方向移动时，可以同时观察到两个峰值。 平面波导的模式分析。顶行，从左到右：E^{x}{1,1} 和 E^{y}{1,1}。中间行，从左到右：E^{x}{1,2} 和 E^{y}{1,2}。底行，从左到右： E^{x}{2,1} 和 E^{y}{2,1}。箭头图表示电场; 云图和表面图表示面外功率流（红色表示高幅值，蓝色表示低幅值）。 在 COMSOL Multiphysics® 软件中分析各向异性结构 在使用激光源通过波导发射光束之前，了解哪些光学模式可以在波导的特定芯/包层尺寸内持续存在是非常重要的。使用全矢量有限元工具（例如 COMSOL Multiphysics® 软件）进行模式分析，有助于分别定性和定量地分析光学模式和色散曲线。 引入对角各向异性 对任何各向同性材料进行模态分析都需要定义单个复数值，而对于各向异性材料的情况，需要采用全张量相对介电常数方法。介电常数本质上是电场与材料属性的关系。这里，张量 指的是一个 3 x 3 矩阵，它同时具有对角线（\epsilonxx, \epsilonyy, \epsilonzz）和非对角线（\epsilonxy, \epsilonxz, \epsilonyx, \epsilonyz, \epsilonzx, \epsilonzy）项，如下所示。 \epsilon = \begin {bmatrix} \epsilon{xx}&\epsilon _{xy}&\epsilon _{xz}\ \epsilon _{yx}&\epsilon _{yy}&\epsilon _{yz}\ \epsilon _{zx}&\epsilon _{zy}&\epsilon _{zz} \end{bmatrix} 但是，对于所有材料来说，你可以找到一个坐标系，在这个坐标系中，介电常数张量中只有非零对角线元素，而非对角线元素都为零。这个旋转坐标系中的三个坐标轴是材料的主轴，相应地，介电常数张量中对角线元素的三个值被称为材料的主介电常数。 各向异性晶体主要有两种：单轴晶体和双轴晶体。在选择适当坐标系（其中只有介电常数张量的对角线元素是非零的）的情况下，就光学属性而言，单轴晶体 仅考虑对角线项，即 \epsilonxx = \epsilonyy = (no)2, \epsilonzz […]
如何在 COMSOL Multiphysics® 中模拟湿法化学刻蚀
湿法化学蚀刻是 Rembrandt 最喜欢的自画像创作方法之一。 现在，工程师使用它来生产集成电路、MEMS 设备和压力传感器。
利用色散曲线分析充液管道
模拟充液管道不仅占用大量计算资源，而且极其耗时，不过您可以利用基于色散曲线的导波传播法来简化这一过程。
如何调用外部材料在模型中实现弹塑性
有时，材料的机械行为并不容易用内置模型来表达。在这种情况下，你可以使用外部材料。本文通过一个弹塑性的示例，来学习如何使用外部材料模型。
使用最小二乘目标进行多参数优化
了解如何使用多参数优化来估计参数，这将根据实验参数的基础数据文件自动调整您的模型。
配重式投石机的物理原理是什么？
投石机是一种大型攻城武器，在中世纪或奇幻电影中经常可以看到它的身影。它实际上涉及了有趣的多体动力学问题。
模拟多孔介质和活性颗粒床中的表面反应
在之前的博客文章中，我们讨论了表面在化学反应器中的特殊性。在本篇博客文章中，我们将讨论如何将反应器结构（如颗粒床）的表面积最大化，以及在固定床反应器具有局部几何复杂性且微观扩散很重要的前提下，我们如何简单而准确地进行模拟。
评估壳厚度对消声器性能的影响
来自 Lightness by Design 公司的客座博主 Linus Fagerberg 将继续上一篇博客文章的话题，讨论辐射声音与消声器壳厚度的关系。 在本文中，我们将讨论用于测量消声器性能的各种实体。其中一个很重要的参数是消声器壳厚度，我们将研究该参数对消声器性能的影响。通过执行声-结构相互作用仿真，我们能够看到壳厚度如何影响消声器的性能。
使用子模型计算多孔介质中的孔隙率和渗透率
多孔材料具有复杂的几何形状，因此可能难以建模。 建立微尺度子模型是寻找介质孔隙度和渗透率的有用方法。
硅光子学：硅波导的设计和原型制作
1870 年，人们观看了一场水桶表演，舞台上的两个水桶一上一下套在一起。上面的桶开了一个小孔，水可以从中流入下面的桶中，并在这个过程中发生弯曲。令观众惊讶的是，太阳光也随着水一起发生弯曲——这种现象后来被称为“全内反射”。舞台上的表演者是约翰·丁达尔，他是尝试控制光这种最明显能量形式的众多科学家之一。
通过仿真在消声器设计中预测声发射
来自 Lightness by Design 公司的客座博主 Linus Fagerberg 分享了一种在消声器设计中预测外部噪声产生情况的新方法。 近年来，欧盟对道路车辆实行了更严格的噪声排放限制，在这些限制条件下，消声器设计人员必须创造更高效的方式来开发和评估所设计的消声器的性能。在 Lightness by Design 公司，我们开发了一种新的方法来实现这个目标。
如何用单向耦合的方法节省计算时间
用强制对流来模拟流体中的传热，计算成本会非常高。你知道吗，用单向耦合的方法可以节省大量的时间和资源？