基於COMSOL的光纖設計

這裏我們講解一個簡單的基於COMSOL的光纖仿真,COMSOL的版本:COMSOL Multiphysics 5.4。

首先我們打開軟件,會出現如下的界面,這裏我們選擇模型嚮導,如圖所示:

接下來我們會選擇空間維度,這裏我們選擇二維即可,如圖所示:

然後我們在選擇物理場裏面找到射頻->電磁波、頻域,然後點擊添加,如圖所示:

然後我們選擇下面的研究,如圖所示:

然後在選擇研究裏面選擇模式分析,如圖所示:

然後我們在幾何中選擇單位,設置爲um,這裏的單位根據需要來設置,如下圖所示:

然後我們選擇幾何,然後點擊右鍵,添加兩個幾何圓,這裏我們就要設計光纖的幾何結構,如圖所示:

這裏的半徑一個設爲8um(即纖芯),一個設爲40um(即包層),這裏大家根據需要進行設置,進行完幾何體的定義之後,我們需要進行材料折射率設定,首先我們需要添加兩個材料,步驟跟上面一樣,然後我們將一個名稱更改爲Doped Silica Glass,另一個名稱更改爲Silica Glass,然後我們需要選擇域,這裏一一對應即可

如圖所示:

然後我們在材料屬性裏面選擇電磁模型->折射率->折射率實部->添加到材料,如圖所示:

然後我們將Doped Silica Glass層(纖芯)裏面的折射率設置爲1.4457,將Silica Glass(包層)層設置爲1.4378,如圖所示:

然後我們在電磁波、頻域裏面設置波動方程,將電位移場設置爲折射率,(這裏大家會發現剛纔打X的地方沒有X了)如圖所示:

其它我們就暫時不用管了,默認即可,後面根據需求進行相應的設置即可。

然後我們在網格設置裏面改成超細化,如圖所示:

接下來我們需要進行模式分析的設置,這裏的模式分析頻率等於光速/入射波長;模式搜索基準值,這裏我們將其改爲纖芯的折射率即1.4457(一般有效模式折射率都會接近纖芯的折射率),所需模式數爲默認即可,其設置圖如下所示:

然後點擊計算,這樣我們就會得到相應的光纖模型了,這裏我們還需要在結果->數據集中進行如下設置:

然後我們將其有效模式折射率改爲1.4444,會得到如下的圖:

這就是我們需要的光纖結構圖,我們會發現能量都集中在中心,我們還可以觀察不同的效果,這裏我們將表達式進行更改,即點擊電場->表面,如圖所示:

選擇該圖標,然後選擇組件1->電磁波、頻域->電->電場->z分量,點擊進行繪製,然後我們將會得到如下的圖:

然後我們還可以添加等值線,點擊電場的右鍵即可,然後我們將場改爲然後選擇組件1->電磁波、頻域->磁->磁場->z分量,最終得到的光纖如下:

基本的光纖設計流程就如上所示。完。

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