波動光学モジュールアップデート

波動光学モジュールのユーザー向けに COMSOL Multiphysics® バージョン6.0では, スラブおよび長方形の導波管要素用の新しいパーツライブラリ, 3つの新しいチュートリアルモデル, および 電磁波 (境界要素) インターフェースが加わりました. これらのアップデートの詳細については以下をご覧ください.

電磁波 (境界要素)

物体の散乱特性をモデル化する場合, 散乱体から遠く離れた電場または電気的に大きなプラットフォームに配置されたアンテナの遠方電場を評価する場合, 境界要素法 (BEM) に基づく定式化により計算効率を向上させることができます. 電磁波 (境界要素) と呼ばれる新しいフィジックスインターフェースは, 電場を従属変数として区分的に一定の材料特性のベクトルヘルムホルツ方程式を解きます. 境界要素法 (BEM) を有限要素法 (FEM), いわゆるハイブリッド BEM-FEM と組み合わせて, 場と FEM ドメイン外の他の導電性物体との相互作用を計算できます.

スラブおよび矩形導波路のパーツライブラリ

スラブおよび矩形の導波路要素用の新しい波動光学モジュールパーツライブラリは, 複雑な導波路構造の構築を簡素化します. ライブラリには次の導波路要素のパーツが含まれています:

  • 直線導波路
  • テーパー導波路
  • 曲げ (リング) 導波路
  • S字導波路
  • カップラー

これらのパーツは完全にパラメーター化されており, 材料ドメインの選択, フィジックス機能の選択, およびメッシュ生成を簡素化するための事前定義された選択が含まれています. Mach Zehnder Modulatorモデルは S-bend Directional Coupler および Straight Waveguide パーツを使用して構築されます. これにより, 材料ドメイン, フィジックス機能の選択, およびメッシュを簡単に定義できます. Optical Ring Resonator Notch Filter モデルは Straight-to-Ring Coupler パーツを使用して構築され, マップされたメッシュを簡単に使用できるようになりました.

A closeup view of the Model Builder with the Rectangular Waveguide Straight-to-Ring Coupler node highlighted, the corresponding Settings window below, and a ring coupler model in the Graphics window.
矩形導波路の直線からリングへの結合部分の設定.

層遷移境界条件

回路基板トレースの金メッキ銅や光学レンズへの反射防止コーティングへの垂直に近い入射などの複数の薄層は, 新しい_層遷移境界条件機能によって記述できます. この境界条件をグローバル材料の積層材料機能, およびコンポーネント材料ノードの層材料リンク機能と組み合わせる必要があります. この新機能はRat-Race Couplerチュートリアルモデルで示されています.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Layered Transition Boundary Condition node highlighted, the corresponding Settings window, and a rat-race coupler model in the Graphics window.
Rat-Race Coupler カップラーチュートリアルモデルで使用される新しい層遷移境界条件.

新しいチュートリアルモデル

ヘキサゴナルプラズモニックカラーフィルター

Hexagonal Plasmonic Color Filter チュートリアルモデルは, 薄いアルミニウム層の穴の六角形配列に基づいて, 吸収バンドストップカラーフィルターのシミュレーションを実行する方法を示しています. 構造は六角形の周期的ですが, この例ではモデルを長方形の周期的なものとして設定する方法も示しています. これにより配列データセットを使用して, 複数のユニットセルからの結果をプロットしやすくなります. ただし, 長方形のユニットセルは六角形のユニットセルよりも大きいため, メモリ消費量が多くなり, 求解時間が長くなります.

An array of hexagonally periodic unit cells showing the electric field.
6角形周期的な単位セルの配列の電場プロット.

デマルチプレクシングフォトニック結晶の最適化

Optimization of a Photonic Crystal for Demultiplexing COMSOL Multiphysics® バージョン5.6で公開されたチュートリアルモデルが更新され, 新しい六角形のジオメトリが含まれるようになりました. 目的は, 形状を変更することなく GaAs ピラーの位置を変更して, 下からの損失を抑制しながら, 2つの狭い周波数帯域間の出力電力比を最大化することです.

A 2D plot showing the wave propagation of a photonic crystal model.
最適化されたジオメトリでの波の伝播. この波長では送信は上部ポートで最大化され, 下部ポートで最小化されます.

ウィスパリングギャラリモード共振器

Whispering Gallery Mode Resonator チュートリアルモデルは, 高い光学 Q 値を持ウィスパリングギャラリモード共振器のさまざまな固有モードと共振周波数を計算する方法を示しています. 共振周波数は次の2つの方法でフィルタリングされます. 共振器内での空間的な位置特定, または境界モードと空気モードの損失の比較(この場合は不要)です.

A sector of a whispering gallery mode resonator showing the field plot in the Wave color table.
ウィスパリングギャラリモード共振器のセクターの場のプロット.

光学材料ライブラリの改善

光線光学モジュールと波動光学モジュールで利用できる光学材料ライブラリでは, SCHOTT AG, CDGM Glass Company Ltd., Ohara Corporation, および Corning Inc. のガラスにさらに包括的な材料データが表示されるようになりました. これらのガラスの多くには光分散係数と熱光学係数に加えて, 内部透過率, 密度, ヤング率, ポアソン比, 線熱膨張係数, 熱伝導率, 比熱容量が含まれています. 光学ガラスのより包括的な材料データが含まれるようになったため, 構造-熱-光学性能 (STOP) の結合解析モデルの設定がこれまでになく簡単になりました.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with a material node highlighted, the corresponding Settings window, a Petzval lens model in the Graphics window, and the Add Material window showing the optical material options.
3つの異なる視野角の光線がペッツバールレンズでトレースされ, d 線の屈折率がスライスプロットとして表示されます. 光学ガラスは右に示す光学材料ライブラリからロードされます.

マルチグリッドレベルのシフト化ラプラス寄与

幾何学的特徴のサイズが半波長より小さくなく, 動作周波数が高い場合, 3次要素の離散化などの高次要素を使用したモデリングは計算を高速化するのに役立ちます. 計算効率はマルチグリッドスタディ設定の下のマルチグリッドレベルでのシフト化ラプラス寄与チェックボックスを選択することでさらに改善できます.

平滑化熱源計算

電磁波 (ビームエンベロープ) インターフェースの双方向定式化ではメッシュによって解像されない2つの波の間の交差項を削除するために, 新しい平均損失計算を使用するオプションを使用できます. この空間的に速く変化する熱源分布が熱伝達によって何らかの形で相殺される場合, 電磁損失 (および熱源) を計算するときに交差項を除外することが有利な場合があります.

非拘束型ポート定式化

非拘束型ポートを使用オプションを使用して, 拡張係数をオーバーラップ積分として計算できますが, デフォルトのポートの定式化では, 展開係数 (または S パラメーター) は, 係数ごとにスカラー従属変数を追加してから拘束を追加することによって級数展開を行います. この新しいオプションでは, 拘束消去の必要がないため, 多くのポートを使用する場合に有利です.

対称軸参照ポイント

新しい対称軸参照ポイント機能は, 2D 軸対称でガウシアンビーム入力フィールドを定義するのに役立ちます. 散乱境界条件または適合境界条件ノードでは, これは入射場が定義されたときにデフォルトのサブノードとして追加されます. 対称軸参照ポイント機能は, 親ノードの境界選択と対称軸の間の交点での参照位置を定義します.

周期構造の推奨反復ソルバー

典型的な周期的問題は直接ソルバーで求解されます. ただし, 周期単位のセルサイズがサブ波長でない場合, 直接ソルバーは大量のメモリを消費します. この場合, 推奨反復ソルバーに切り替えて, メモリ使用量を減らして計算を高速化します.

An array of a split ring resonator model showing the electric field norm.
新しい推奨反復ソルバーは周期構造に対してパフォーマンスを大きく改善します.

数値ポートモード場のデフォルトプロット

ポートモード場のチェックを簡素化するために, 数値ポートタイプが使用されたときに場が自動的に作成されるようになりました. このデフォルトプロットは更新された Directional CouplerOptical Ring Resonator Notch Filter チュートリアルモデルで見ることができます.

A directional coupler model showing a surface plot of a port mode field in the Rainbow color table.
方向性カップラーモデルで有効屈折率表示とともに表示されるポートモード場のサーフェスプロット.