简单六方结构二维光子晶体能带的COMSOL模拟

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comsol软件文档资料集锦(十)

7.二维任意形状隐身罩条件的仿真验证基于线性坐标变换,推导了二维任意形状隐身罩的隐身条件,并得到了任意多边形隐身罩材料本构参量及通解表达式,并运用电磁仿真软件——COMSOL对几个典型的多边形进行仿真验证和损耗分析,从而验证了所得本构参数的正确性 ,这些分析结果打破了隐身罩设计中外形的限制,为隐身罩的实际设计提供了理论依据。
8.曲面零件裂纹缺陷脉冲涡流热成像检测的仿真脉冲涡流无损检测已成为零件表面和亚表面缺陷检测的重要手段之一。文章应用数值仿真方法,在COMSOL平台上模拟研究了复杂曲面零件的裂纹缺陷的脉冲涡流热特性,给出了在脉冲涡流作用下的裂纹缺陷周边温度场分布与变化规律。仿真结果表明,脉冲涡流热成像技术能有效检测复杂曲面零件的裂纹缺陷。研究成果可供检测系统设计作为参考。
性超声相控阵探头在不同时刻的声场分布图、缺陷回波信号图和缺陷成像,并
与超声相控阵仪的实验成像结果作对比,验证了仿真模型的数值仿真和优化设计.zip 以电厂冷却水系统中的泵体为保护对象，采用COMSOL软件对泵体阴极保护表
面电位进行数值仿真模拟，获取其电位分布，能够克服传统阴极保护工程设
11.基于共轭梯度算法的EIT仿真
利用Comsol软件分析有限元剖分的疏密对测量电极电压的影响,针对正问题仿
真数据,对共轭梯度法收敛性进行分析,利用图像重建算法,采用设定的迭代停止条件分别针对单个成像对象和两个成像对象进行分辨能力的评估。结合人
体胸部组织的结构特征,建立精确的胸部仿真模型。重点对基于先验信息的共
6.食品对流干燥热质耦合传递的数值模拟根据傅立叶和菲克定律,建立了食品对流干燥传热传质过程的二维数学模型。模型充分考虑了传热与传质之间的相互耦合,通过Comsol Multiphysics软件对模型进行了求解。同时,得到了不同温度下样品内温度分布和湿度分布。结果表明:干燥过程的数值模拟结果与试验实测数据相吻合,所建立的模型可以用来预测食品对流干燥过程。

COMSOL光器件仿真技术介绍

– – – – 适用于2D或者3D结构提供port边界和散射边界用于定义入射波源的场分布和入射波矢提供PML和周期性边界，PEC/PMC等常用边界提供频域、时域分析以及BEM分析
• 分析类型：散射场求解
– – – – – 适用于2D或3D结构使用背景场定义入射光场自动区分总场和散射场提供PML和周期性边界，PEC/PMC等常用边界支持频域和时域分析
Simulated by COMSOL Mul)physics
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
考虑光生载流子
加载 + 1 V 偏置电压
（a）空穴浓度分布（b）电子浓度分布（c）x＝1um处沿y方向的电子和空穴浓度变化（d）静电势分布
Simulated by COMSOL Mul)physics
仿真智领创新
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未考虑光生载流子过程的PN结计算
加载 + 1 V 偏置电压
（a）空穴浓度分布（b）电子浓度分布（c）x＝1um处沿y方向的电子和空穴浓度变化（d）静电势分布
仿真智领创新
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束包络法 (Beam Envelopes Method )
Electric ﬁeld, E(x) Electric ﬁeld envelope, E1(x)
* * * * *
x
E(x) = E1(x)exp(-‐jk1x) |dE1/dx|<< |k1E1|
仿真智领创新
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conmsol教程

2.网格剖分的技巧
（10）复制网格 —可用于复制域、面和边网格 —复制网格到另一个网格序列 —将网格复制到更高空间维度的组件 —自动根据源网格确定目标上的方向 —支持复制多个网格（大型周期性几何快速生成网格）
2.网格剖分的技巧
（11）多个网格 —为几何多重网格求解器创建网格时使用 —用于收敛性研究或验证解是否随网格变化 —在相同的区域可能有适用于不同物理场的不同网格 —生成副本，再编辑网格序列 —使用引用操作链接网格剖分指令序列 —使用多个导入的网格（网格由其他软件生成）
层 —金字塔单元将出现在应用了自由四面体网格操作的域中 —注意有一些计算方法（自适应网格）只能用单一的网格（只能用三角
形和四面体网格）
2.网格剖分的技巧
（10）边界层网格用途 —在流体流动应用中解析沿无滑移边界的边界层 —在传热应用中解析靠边加热表面的大温度梯度 —在低频电磁场中解析集肤效应创建 —当模型中有流体流动应用时自动创建边界层网格 —边界层网格包括：二维层状四边形单元，三维层状棱柱或六面体单元 —自动检测和处理尖锐拐角；平滑过渡到内部网格 —可用于任意网格，可手动控制边界层属性
COMSOL多物理场仿真基础教程
目录
一
基本操作及几何建模
二
网格剖分及求解Biblioteka 三结果后处理及函数
01
基本操作及几何建模
1.工作流程
定义需要求解的问题类型
修改和优化
绘制（或导入）CAD几何
后处理和报告结果
定义每个求解域的材料属性
求解类型
设定载荷和边界条件
网格划分
2.基本操作
问题描述： - 在铜丝上施加电压产生电阻热 - 结构发热产生热膨胀 - 材料属性具有热敏性 - 最终会产生多大的温度和变形

简单六方结构二维光子晶体能带的COMSOL模拟

简单六方结构二维光子晶体能带的COMSOL模拟北京东之星应用物理研究所伍勇1.引言COMSOL携带的案例库里，其中一篇<Bandgap Analysis of a Photonic Crystal>(以下简称< Bandgap >)对砷化镓简单正方格子2D光子能带进行了完整计算和研究。

本文将程序用于简单六方结构，并将结果在此做一介绍。

2. 关于 Floquet (弗洛盖）波矢F k这是入门COMSOL光子晶体能带模拟的重要概念，在另一案例<Porous Absorber>中，在Floquet周期性边界条件一段写明：)dk(ie)dx(p)x(p由此我判断Floquet 波矢就是Bloch（布洛赫）波矢,但“帮助”文档中有：)sinancosa(sinkk21211F ，以正格子基矢21a,a表示（其文没有任何几何插图和物理说明），使我决定必须在六方格子中选择矩形单胞作为周期单元，以使计算机程序能够运行我的几何方案。

3.几何建模图1作为试探选择的几何模型，圆形柱代表以GaAs作为格点材料，在空气介质中周期性排列，形成二维六方结构人造晶体。

a 是晶格常数。

z 是z 方向的单位矢量形单胞六方格子光子晶体的矩图.1以上根据倒格子基矢定义计算出1b ，2b 及其分量。

由倒格子基矢1b ，2b ，构建长方格子的布里渊区也是长方结构如图2：a3aKMxk yk aa 1aa 32a i )a a (a a ab x222321321)a a (a a ab 3211322里渊区六方结构光子晶体的布图2.4.二维光子晶体主方程COMSOL 在< Bandgap > “模型开发器” [电磁波，频域] 写出方程形式如下：0)()(201E jk E rr ，在< Bandgap >中，下面目录 [波方程，电] 中直接简化为，20Ek )E (r 电磁波在光子晶体中的传播遵从麦克斯韦方程，上述方程可由麦克斯韦方程组出发导出介质中的麦克斯韦方程组)(D1)(B 30)(tB E2)(tD JH4E D，H B，EJ在电介质中一般认为自由电荷，自由电流密度（电导率）为零。

COMSOL光学仿真专题

Luneburg透镜
磁透镜
四极质谱仪
仿真智领创新
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光学隐身
仿真智领创新
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Luneburg透镜
仿真智领创新
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GaP 30nm
Au 20nm
入射光
波长600nm
光强 vs. 传输距离
University of Dayton, Charles M. Bowden Research Center
仿真智领创新
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等离子体超分辨成像
• 磁化等离子体可重构超分辨成像
适当参数的磁化等离子体能使电磁波在外加磁场方向上几乎无衍射地传输不需要制备常规超材料所需的微加工调节外加磁场或等离子体密度可动态重构成像装置（射频，微波，太赫兹） l/1170
碰撞频率 30MHz
4T
碰撞频率 5GHz
l/12
PEC
1GHz
仿真智领创新
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高斯光束的二倍频
仿真智领创新
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四波混频计算结果
仿真智领创新
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Duffing模型处理非线性色散
电子作为阻尼非谐振子：
阻尼
非线性
色散
谐振

comsol软件文档资料集锦(十一)

8.基于COMSOL Multiphysics的高压SF_6断路器电弧与气流相互作用研.zip 在大量阅读国内外参考文献的基础上，归纳总结国内外高压SF6断路器灭弧室气流场以及电弧模型研究现状，参考压气式SF6断路器熄弧原理，应用二维电弧动态能量源的物理数学模型。创新性地将基于有限元方法的多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics平台应用于高压SF6断路器的灭弧室流场仿真。建立252kV压气式高压SF6断路器灭弧室几何模型，结合多物理场耦合特点，对灭弧室内的电场以及流场各参数进行数值仿真分析。
及直接耦合型的带通滤波器和侧边耦合型的带阻滤波器。分析
讨论了基于二维正方晶格光子晶体三端口通道下路滤波器结构和多通道下路滤波器,具有良好的滤波效果,对二维光子晶体在光通信领域的应用具有一定的参考价值。本文还介绍了全息制作光子晶体的理论与制作实验,该制作方式基于多光束干涉原理,让感光材料在全息干涉图样中曝光,使光与物质发生作用,然后经显影、定影,就可以形成介质折射率在空间上周期性变化的有序微结构。这种方法特别适合制作光波范围内的光子晶体。
更新时间：2014-12-11
以下是小编整理的一些有关comsol软件文档资料集锦(十一)以及相关文档
的简介，其中包括了一些软件相关的教程、以及相关的应用仿真离子体辅助制备纳米材料理论模拟研究.zip
基于等离子体设备，利用数值模拟讨论了低气压的气相沉积SiC量子点的生长特性；采用COMSOL探讨了大气压微等离子体在水溶液中的放电特性。
2.交通荷载引起的高速公路低路堤永久性沉降研究
基于典型的低路堤路基路面体系设计,利用数值仿真软件COMSOL Multiphysics,分析了不同工况下的低路堤路基的沉降和孔压变化。计算结果

COMSOL使用步骤

COMSOL使用步骤打开COMSOL光子晶体光纤模式仿真模块：双击图标，选择射频模块—垂直波—混合模波—模式分析。

10damper初始界面：所选用的COMSOL模块的初始界面。

一、圆孔型光子晶体光纤的建模选择左边绘图对象中的“椭圆形/圆形（以圆心）”图标点击图标并同时在键盘上按Shift键，以(0,0)为圆心画圆。

画好圆后双击此圆，可以设定圆的直径、圆心等参数。

这里设定直径为9um，此时的圆变得很小，我们可以通过工具栏上的“放大、缩小、缩放至视窗大小”按钮将圆缩放到界面适合的大小。

复制圆：选择Ctrl+C与Ctrl+V后会出现下面的小对话框，可以设定x或y轴位移将圆进行上下左右的移动。

这里设定y轴位移为10um。

复制后的界面如下图所示。

对于图两个圆中上面的圆同样进行“复制，粘贴”，位移中x、y轴都为0。

此时两个圆是重叠的。

选择左边绘图对象中的“旋转”图标，旋转60度。

旋转后的图如下所示。

同样进行旋转可得到第一层空气孔，如下图所示。

1复制上图中的标志为1的圆，设定其y轴位移为10um。

同样进行旋转可得到第二层空气孔。

重复上面步骤，便可以画出空气孔为圆形的光子晶体光纤的截面图。

这里我们仿真的是空气孔为五层的光子晶体光纤，第一层空气孔缺失，所以将截面图中的第一层空气孔去掉。

所得截面图如下所示。

纤芯直径为3um，光纤外直径为125um。

二、柚子型光子晶体光纤的建模画圆，这里我们设定的空气孔直径为36um。

选择左边绘图对象中的矩形/正方形(中心)图标。

建立一个具有一定宽度和长度的长方形。

将长方形旋转30度选择镜射图标选择联集，将两个长方形组合在一起复制联集后的长方形，再将原来的圆与长方形取联集。

2将上图中的长方形组合2，与左侧的长方形组合重合取差集，便可以得到一个柚子型的空气孔将图形沿y轴上移。

这里内包层直径为28um，空气孔直径36um，所以上移14+18=32um。

同样将空气孔进行旋转，得到下图。

将中间的柚子型去掉，加上圆形的纤芯和包层。

COMSOL二维膜层光学性能-吸收率仿真教学

COMSOL⼆维膜层光学性能-吸收率仿真教学COMSOL⼆维膜层结构光学性能/吸收率仿真教学新建
1. 新建→模型向导→⼆维；
2. →选择物理场：光学→波动光学→电磁波，频域→增加→研究；
3. 选择研究：波长域→完成；
建模
4. ⼏何绘制多个长⽅形形成多层膜结构；
5. 必要的情况下可以在上下层加⼊空⽓层（真空层）；
边界条件
6. 添加“端⼝”，设置红外⼊射端⼝，在空⽓层边界上。

再添加“端⼝”，设置出射端⼝，另⼀端的空⽓层；
7. 模型两侧边界设置为“周期性边界条件”；
8. 对于膜层很薄的部分，可以设置为“过渡边界条件”，代替超薄层，厚度可在此条件下设置；
9. 进⾏⽹格化；
材料参数
10. 顶部⼯具栏：增加材料；
11. 可在右侧框内搜索要添加的材料，然后“增加到选择”；或者添加空材料，去选择⼀个域，然后材料属性⽬录下会出现做该仿真必要的参数，输⼊参数即可；研究：结果
12. 研究→波长域，设置波长范围及步长，点击“研究”；
13. 派⽣值→全局计算，表达式选“ewfd.Atotal” ；数据系列运算选“⽆”，计算；仿真图下⽅出现“表格”，得到“波长”与“吸收率”关系。

点击“表图”按钮，得到“吸收曲线”；
14. 派⽣值→全局计算，表达式选“ewfd.Atotal”；数据系列运算选“平均值”，计算；仿真图下⽅出现“表格”，得到“平均吸收率”值。

科研创新训练--光子晶体波导comsol

2是最容易被完成的。 6. 在材质的设置窗口中，单击材料属性部分。 7. 在材质属性树中，选择电磁模型>折射率>折射率（n） 8. 单击新增至材料
砷化镓 1. 在模型建立器中，展开材料>砷化镓பைடு நூலகம்点，然后单击折射率 2. 在属性组设置窗口中，找到局部性质部分。 3. 在局部性质表中，输入以下设置：
4. 找到输出属性与模型输入部分。找到输出属性分段。在该表中，输入以下设置
模型定义上图描述的是由砷化镓圆柱阵列组合而成的空气“通道”。通过移去一些柱子形成一个具有90°弯曲的波导。该模型的目的是研究TE波如何通过晶体传播。这些模型使用标量计算公式，设横向电场分量为EZ ：
其中，n是折射率，k0是自由空间波数。由于没有物理边界，可以在所有边界使用散射边界条件。设振幅EZ在入射波的边界上为1。结果和讨论图1包含了电场的z分量的曲线图。它清楚地展示了光波通过波导的传播。
1.55。 6. 在曲率因子编辑字段中，键入0.65。 7. 单击建立全部按钮
研究第1步：频域
1. 在模型建立器窗口中，展开研究1的节点，然后单击步阶1：频域。
2. 在频域的设置窗口中，找到研究设定部分 3. 在频率编辑字段中，键入3e8/1e-6 3e8/1.2e-6。这将让你得到一
个自由空间波长为1微米和一个自由空间波长为 1.2微米的解 4. 在研究工具栏上，单击计算
材料2 1. 在主页面上，单击新材料 2. 右键单击材料2和选择重命名
3. 去重命名材料对话框，并在新名称编辑字段中键入空气 4. 单击确定 5. 仅仅选择域2 6. 在材质的设置窗口中，单击材料属性部分 7. 在材质属性树中，选择电磁模型>折射率>折射率（n） 8. 单击新增至材料 9. 找到材料目录部分。在该表中，输入以下设置

应用COMSOL对二维三角晶格光子晶体带隙仿真

应用COMSOL对二维三角晶格光子晶体带隙仿真
张雁茗;逯贵祯
【期刊名称】《中国传媒大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2017(24)3
【摘要】介绍了一种使用COMSOL用数值计算方法仿真2D光子晶体色散图的方法,通过COMSOL将Z方向无限延伸的介质介质圆柱阵列形成的二维三角晶格光子晶体等效为二维平面进行仿真,并采用了独特的矩形结构作为该三角晶格光子晶体的单元晶格,相比传统的用正六边形作为单元晶格的方法,建模与设置Floquet 周期边界条件的过程更为简单。

成功仿真出了该光子晶体的色散图,并与参考文献中的结果进行了对比分析,带隙、色散曲线与文献中结果基本吻合,证明了这种仿真方法的正确性。

【总页数】3页(P31-33)
【关键词】光子晶体;光子带隙;色散图;三角晶格;COMSOL
【作者】张雁茗;逯贵祯
【作者单位】中国传媒大学
【正文语种】中文
【中图分类】O481.1
【相关文献】
1.二维三角晶格光子晶体的光子带隙分析 [J], 张晓娟
2.Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙 [J], 刘建军;范志刚;肖昊苏;张旺;关春颖;
苑立波
3.柱体截面不同三角晶格二维光子晶体完全带隙的研究 [J], 廖兴展;林少光;张桂春
4.二维斜三角晶格光子晶体完全带隙研究 [J], 赵永林;闫珂柱;刘军;李开才
5.铜币形空气孔二维三角晶格光子晶体的完全光子带隙 [J], 李传起;范庆斌;杨梦婕;张秀容
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

关于comsol模拟的一些问答

关于comsol模拟的⼀些问答1.近来⽤COMSOL计算光⼦晶体光纤的模场分布，可是不知道PML的参数如何设置，以及边界条件怎么设置，计算出来的结果不对. 实验室⽼板催得急，算不出来特别郁闷，不想读的⼼思都有了。

请⽤过的⼈帮帮忙吧：）我也是⽤comsol算光纤的，关于pml层的设定问题，如果不考虑损耗的话，pml层可以不设，你可以试⼀试就知道了，pml对模场分布基本没有影响2. COMSOL Multiphysics如何模拟带隙光⼦晶体光纤？要⽤COMSOL Multiphysics模拟带隙光⼦晶体光纤，也就是要加⼊kz，可以⽤如下⽅法：（1）⽤平⾯波模式，将模型边界条件改为电场，输⼊⼀个表达式的名字，例如E1。

（2）定义该边界表达式E1，菜单“选项>表达式>边界表达式”，选择不同的边界，分别写⼊该边界上电场E1的表达式，这样就能加⼊kz，将所需的周期性边界⽅程写⼊COMSOL Multiphysics。

3.如何准确求光⼦晶体光纤的限制损耗即有效折射率的虚部我在模拟PCF时，为了求其限制损耗即有效折射率的虚部，在PCF结构的外⾯加了PML，但是在加了PML 后，却发现光束不能约束在纤芯中了。

不知道哪⾥出了问题，还望各位⾼⼿给予指点，谢谢。

8v p w-q%T-~V1W-d [attach]219885[/attach]:To[1O+B0P加了PML后的结果如下：[attach]219886[/attach]我也是初学，也在做⼀些光⼦晶体的⽅法。

⽬前还不懂帮你顶顶，⼤家多多讨论有限元做光⼦？这个挺有新意，不过要注意是否适⽤能说⼀下有限元做光⼦为什么不合适吗？不过⽤FDTD做光⼦的还蛮多的PML的⼏何不对，应该是加个六边形的PML才对吧：）纤芯⽐外⾯的⼩，当然有可能找到外⾯的那个模式，多找⼏个模式或者将外⾯的区域减⼩应该就可以了加个圆形的就可以了PML要考虑模型的对称性，⽐如这个模型可以只计算1/4或者1/6楼主具体交流下怎么划分格点的？我算光⼦晶体光纤的模式，伪模很多阿，⽐如设neff=1.5附近寻找，设200个，它就给找出200个neff 出来。

简单六方结构二维光子晶体能带地COMSOL模拟

简单六方结构二维光子晶体能带的COMSOL 模拟北京东之星应用物理研究所伍勇1.引言COMSOL 携带的案例库里，其中一篇<Bandgap Analysis of aPhotonic Crystal>(以下简称< Bandgap >)对砷化镓简单正方格子2D 光子能带进行了完整计算和研究。

本文将程序用于简单六方结构，并将结果在此做一介绍。

2. 关于 Floquet (弗洛盖）波矢F k这是入门COMSOL 光子晶体能带模拟的重要概念，在另一案例<Porous Absorber>中，在Floquet 周期性边界条件一段写明：)d k (i e )d x (p )x (p ⋅-+=由此我判断Floquet 波矢就是Bloch （布洛赫）波矢,但“帮助”文档中有：)sin a n cos a (sin k k 21211F ααα ⨯+=，以正格子基矢21a ,a 表示（其文没有任何几何插图和物理说明），使我决定必须在六方格子中选择矩形单胞作为周期单元，以使计算机程序能够运行我的几何方案。

3.几何建模图1作为试探选择的几何模型，圆形柱代表以GaAs 作为格点材料，a 32=a i x 022π里渊区六方结构光子晶体的布图2.4.二维光子晶体主方程COMSOL 在< Bandgap > “模型开发器” [电磁波，频域] 写出方程形式如下： 0)()(0201=--⨯∇⨯∇-E j k E r r ωεσεμ，在< Bandgap >中，下面目录 [波方程，电] 中直接简化为，020=-⨯∇⨯∇E k )E (r ε电磁波在光子晶体中的传播遵从麦克斯韦方程，上述方程可由麦克斯韦方程组出发导出介质中的麦克斯韦方程组)(D 1ρ=⋅∇ )(B 30=⋅∇ )(t B E 2∂∂-=⨯∇ )(t D J H 4∂∂+=⨯∇ E D ε=，H B μ=，E J σ=在电介质中一般认为自由电荷，自由电流密度（电导率）为零。

简单六方结构二维光子晶体能带的COMSOL模拟

简单六方结构二维光子晶体能带的C O M S O L 模拟北京东之星应用物理研究所伍勇1.引言COMSOL 携带的案例库里，其中一篇<BandgapAnalysisofaPhotonicCrystal>(以下简称<Bandgap>)对砷化镓简单正方格子2D 光子能带进行了完整计算和研究。

本文将程序用于简单六方结构，并将结果在此做一介绍。

2.关于Floquet (弗洛盖）波矢F k这是入门COMSOL 光子晶体能带模拟的重要概念，在另一案例<PorousAbsorber >中，在Floquet 周期性边界条件一段写明：)d k (i e )d x (p )x (p 由此我判断Floquet 波矢就是Bloch （布洛赫）波矢,但“帮助”文档中有：)sin a n cos a (sin k k 21211F ，以正格子基矢21a ,a 表示（其文没有任何几何插图和物理说明），使我决定必须在六方格子中选择矩形单胞作为周期单元，以使计算机程序能够运行我的几何方案。

3.几何建模图1作为试探选择的几何模型，圆形柱代表以GaAs 作为格点材料，在空气介质中周期性排列，形成二维六方结构人造晶体。

a 是晶格常数。

z ˆ 是z 方向的单位矢量以上根据倒格子基矢定义计算出1b ，2b 及其分量。

由倒格子基矢1b ，2b ，构建长方格子的布里渊区也是长方结构如图2：4.二维光子晶体主方程COMSOL 在<Bandgap>“模型开发器”[电磁波，频域]写出方程形式如下：0)()(0201 E j k E r r ，在<Bandgap>中，下面目录[波方程，电]中直接简化为，电磁波在光子晶体中的传播遵从麦克斯韦方程，上述方程可由麦克斯韦方程组出发导出介质中的麦克斯韦方程组E D ，H B ，E J在电介质中一般认为自由电荷，自由电流密度（电导率）为零。

本文档不考虑磁性质，0 ，0 J ，1 r传播模态电场函数COMSOL 表达为：)(t i e z z ik e )y ,x (E )t ,z ,y ,x (E 5 ，在周期结构中，它应具有Bloch 波的性质，不考虑衰减损耗。

comsol仿真实验报告

comsol仿真实验报告一、实验目的本次实验旨在通过使用 COMSOL Multiphysics 软件对特定的物理现象或工程问题进行仿真分析，深入理解相关理论知识，并获取直观、准确的结果，为实际应用提供有效的参考和指导。

二、实验原理COMSOL Multiphysics 是一款基于有限元方法的多物理场仿真软件，它能够将多个物理场（如电场、磁场、热场、流体场等）耦合在一个模型中进行求解。

其基本原理是将连续的求解区域离散化为有限个单元，通过对每个单元上的偏微分方程进行近似求解，最终得到整个区域的数值解。

在本次实验中，我们所涉及的物理场及相关方程如下：（一）热传递热传递主要有三种方式：热传导、热对流和热辐射。

热传导遵循傅里叶定律：＄q ＝k\nabla T$，其中＄q$ 为热流密度，＄k$ 为热导率，＄＼nabla T$ 为温度梯度。

热对流通过牛顿冷却定律描述：＄q ＝ h(T T_{amb}）＄，其中＄h$ 为对流换热系数，＄T$ 为物体表面温度，＄T_{amb}＄为环境温度。

（二）流体流动对于不可压缩流体，其运动遵循纳维斯托克斯方程：＄＼rho(＼frac{＼partial ＼vec{u}｝｛＼partial t} ＋（＼vec{u}＼cdot\nabla)＼vec{u}）＝＼nabla p ＋＼mu\nabla^2\vec{u} ＋＼vec{f}＄其中＄＼rho$ 为流体密度，＄＼vec{u}＄为流体速度，＄p$ 为压力，＄＼mu$ 为动力粘度，＄＼vec{f}＄为体积力。

（三）电磁场麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程：＄＼nabla\cdot\vec{D} ＝＼rho$＄＼nabla\cdot\vec{B} ＝ 0$＄＼nabla\times\vec{E} ＝＼frac{＼partial ＼vec{B}｝｛＼partial t}＄＄＼nabla\times\vec{H} ＝＼vec{J} ＋＼frac{＼partial ＼vec{D}｝｛＼partial t}＄其中＄＼vec{D}＄为电位移矢量，＄＼vec{B}＄为磁感应强度，＄＼vec{E}＄为电场强度，＄＼vec{H}＄为磁场强度，＄＼rho$ 为电荷密度，＄＼vec{J}＄为电流密度。

COMSOL多物理场模拟软件简单入门教程

COMSOL多物理场模拟软件简单入门教程下面是COMSOL多物理场模拟软件的简单入门教程：
第一步，首先打开COMSOL多物理场模拟软件。

在启动界面上，选择
创建新模型。

第二步，选择您要模拟的物理场。

COMSOL提供了多个物理现象的模块，如传热模块、流体力学模块、电磁场模块等。

选择适合您模拟对象的
物理现象模块。

点击下一步。

第三步，定义几何模型。

在这一步中，您可以创建几何图形、导入CAD文件或使用现有几何形状。

您可以使用COMSOL的几何建模工具来创
建您想要的几何形状。

完成后，点击下一步。

第四步，设置物理场。

在这一步中，您可以设定边界条件、物理参量等。

COMSOL提供了丰富的物理场设置选项，您可以根据需要进行调整。

完成后，点击下一步。

第五步，设置网格。

COMSOL使用网格来离散化物理现象的模型。

您
可以选择自动生成网格或手动调整网格的细化程度。

完成后，点击下一步。

第六步，设置求解器。

COMSOL提供了多个求解器选项，根据您的模
型和要求选择合适的求解器。

完成后，点击下一步。

第七步，设置后处理。

COMSOL提供了多种可视化和后处理选项，如
绘制剖面图、动态模拟、导出数据等。

根据您的需求选择合适的后处理选项。

第八步，点击求解按钮。

COMSOL将自动求解您的模型，并显示结果。

您可以根据需要进一步优化和改进模型。

基于COMSOL的光子晶体能带结构仿真计算

2019年第38卷第8期传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）DOI：10．13873/J．1000—9787（2019）08—0111—03基于COMSOL的光子晶体能带结构仿真计算*付子义1，王晨旭1，长谷川弘治2（1．河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454000；2．室兰工业大学情报电子工学系，日本室兰0500071）摘要：为更方便、快捷地求解光子晶体能带结构问题，基于有限元数值仿真软件COMSOL Multiphysics系数偏微分方程模块，重新建立了数学模型，直接从亥姆霍兹方程出发，结合布洛赫态，推导出光子晶体偏微分形式的本征方程，充分考虑了布洛赫波矢的传播情况，求解出相应的本征频率从而求解出能带，对一维和二维光子晶体能带结构分别进行仿真计算。

仿真计算结果与传统方法结果进行对比分析，验证了此方案的可行性。

关键词：光子晶体；偏微分方程；本征方程；能带结构；COMSOL Multiphysics中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1000—9787（2019）08—0111—03Simulation computation of photonic crystals energyband structure based on COMSOL*FU Ziyi1，WANG Chenxu1，HASEGAWA Koji2（1．School of Electrical Engineering and Automation，Henan Polytechnic University，Jiaozuo454000，China；2．Information and Electronic Engineering，Muroran Institute of Technology，Muroran0500071/Hokkaido，Japan）Abstract：In order to solve the problem of photonic crystal band structure more conveniently and quickly，basedon the COMSOL Multiphysics coefficient partial differential equation（PDE）module of the finite elementnumerical simulation software，the mathematical model is reestablished．The partial differential form of the photoniccrystal is derived from the Helmholtz equation and combined with the Bloch state．The eigenfunction，and thepropagation of Bloch wave vector is taken into full consideration，the corresponding eigenfrequency is solved so asto solve the energy band．In this case，the energy band structure of one and two-dimensional photonic crystals issimulated respectively．The simulation results are compared with the results of traditional methods，and thefeasibility of the scheme is verified．Keywords：photonic crystals；partial differential equation（PDE）；eigenfunction；energy band structure；COMSOL Multiphysics0引言当电磁波在光子晶体［1，2］中传播时由于布拉格衍射的影响，会受到调制而形成能带结构，即光子能带（photonic band），光子能带之间可能出现的带隙，即光子带隙（pho-tonic band gap，PBG），频率处于光子能带里的电磁波可以在光子晶体中几乎无损地传播，但是出于光子带隙的电磁波，却不能在光子晶体中传播。

comsol仿真案例

comsol仿真案例Comsol仿真案例。

在工程领域，仿真技术扮演着越来越重要的角色。

Comsol Multiphysics作为一款多物理场仿真软件，被广泛应用于各种工程领域，如电子、光学、声学、热力学等。

本文将介绍一个基于Comsol Multiphysics的仿真案例，以展示其在工程实践中的应用。

我们选择了一个热传导问题作为仿真案例。

假设我们需要设计一个具有特定热传导特性的材料结构，以满足某种工程需求。

在这种情况下，我们可以利用Comsol Multiphysics进行热传导仿真，以验证设计方案的可行性。

首先，我们需要建立仿真模型。

在Comsol Multiphysics中，我们可以通过几何建模模块构建材料结构的几何形状，然后定义材料的热传导特性。

接下来，我们需要设置边界条件和初始条件，以模拟材料结构在特定工况下的热传导行为。

然后，我们可以进行仿真计算。

Comsol Multiphysics提供了强大的求解器，可以有效地求解多物理场耦合问题。

通过设置仿真参数和求解选项，我们可以对材料结构的热传导行为进行精确的数值模拟。

在仿真计算完成后，我们可以对结果进行后处理分析。

Comsol Multiphysics提供了丰富的后处理功能，可以直观地展示仿真结果，如温度分布、热通量、热传导路径等。

通过对仿真结果的分析，我们可以评估设计方案的优劣，并进行必要的优化调整。

通过以上仿真案例，我们可以看到Comsol Multiphysics在工程实践中的重要作用。

它不仅可以帮助工程师们快速准确地验证设计方案，还可以为工程问题的解决提供有力的支持。

因此，Comsol Multiphysics已经成为许多工程领域不可或缺的仿真工具之一。

总的来说，通过本文介绍的Comsol仿真案例，我们可以更好地了解和认识这款多物理场仿真软件在工程实践中的应用。

希望本文能够对工程领域的从业人员有所帮助，也希望Comsol Multiphysics在未来能够为更多工程问题的解决提供支持和帮助。

在COMSOL中求解电磁波问题

在COMSOL中求解电磁波问题使用 RF 模块或波动光学模块求解电磁波问题时，我们利用的是有限元方法求解 Maxwell 控制方程。

本文将针对建模、网格剖分、求解和后处理这几个步骤介绍几种方法及其适用范围。

电磁波在频域内模拟问题的控制方程COMSOL Multiphysics 使用有限元方法在模拟域内求解电磁场。

假设角频率已知，为，电磁场随时间呈正弦变化，且材料的所有属性相对于场强呈线性，则三维 Maxwell 控制方程可简化为：其中的材料属性包括：表示相对磁导率；表示相对介电常数；及表示电导率。

已知真空中光速为，则可在整个模拟域内对电场求解上述方程，其中为矢量，其分量为所有其他物理量（例如磁场、电流和功率流）都可从电场推导出。

还可以将上述方程表述为特征值问题，以求解模型的系统谐振频率，而非特定频率下的系统响应。

上述方程可通过有限元方法进行求解。

要了解有限元方法的概念性介绍，请阅读弱形式的相关文章；就本篇文章而言，我们将有限元方法分解为以下四个步骤：1.建立模型：定义求解方程、创建模型几何、定义材料属性、建立金属边界和辐射边界并将模型连接到其他器件。

2.剖分网格：利用有限元将模型空间离散化。

3.求解：求解一组描述电场的线性方程。

4.后处理：从计算得到的电场结果中提取有用信息。

下面我们将详细介绍这些步骤，并描述每一步可用的选项。

修改控制方程的选项上面显示的控制方程是 Maxwell 方程的频域形式，这是求解波类型问题的最通用形式。

不过，我们可以重新表述这一方程，使之适合几种特殊场景。

先来看一个背景电场已知的模拟域情况，我们要将某个物体放在该背景场中。

背景场可以是线偏振平面波、高斯光束或者在自由空间中满足 Maxwell 方程的任何用户定义的一般光束。

电场中的物体会干扰电场，导致背景场发生散射。

在这种情况下，可以利用散射场公式求解上述方程，不过电场须替换为：其中背景电场已知，相对场的作用是，在与背景场叠加后得到的总物理场能满足Maxwell 控制方程。

基于comsol软件的光子晶体通信器件模拟

收稿日期:2010-07-19作者简介:臧克宽(1981-),男,硕士,主要从事光子晶体激光器方面的研究;孙晓红,女,博士,郑州大学教授,主要从事光子晶体方面的研究.光电器件与材料基于comsol 软件的光子晶体通信器件模拟臧克宽,孙晓红,李大海,刘国斌(郑州大学河南激光与光电信息技术重点实验室,河南郑州 450052)摘要:利用comsol 软件对几种光子晶体通信器件的模拟,有光子晶体光纤、波导、分波器以及滤波器等器件,模拟结果很好,可以更直观地了解光子晶体器件的优越性,更为开发集成光通信器件提供了有益的参考.关键词:光子晶体;通信器件;comsol 模拟中图分类号:TN 929.11 文献标识码:A 文章编号:1673-1255(2010)05-0051-03S imulation of Optical Communication ApparatusBased on the Comsol SoftwareZANG Ke kuan,SUN Xiao hong,Li Da hai,LIU Guo bin(T he key L aboratory of L aser and Photo eletr icity I nf or mation T echnology of H e N an p r ovince,Zhengz hou 450052,China)Abstract:T he comsol software is used to simulate some integrated apparatus of the optical commuciaction such as photonic crystal fiber,w aveguide,w ave separater and filter.T he result of simulation is very good.T he advantages of photonic crystal dev ices can be more intuitively understood.It provides the useful information for the development of the apparatus of the optical commuciaction.Key words:optical crystal;com munication apparatus;comsol simulation 长期以来,人们一直希望能够突破电子在信息传输上的瓶颈限制,而让拥有极高信息容量和效率、极快响应能力、极强的互连能力和并行能力以及极大存储能力的光子来取代电子成为新型的信息载体.光子具有高传输速度、高密度及高容错性等优点,成为代替电子作为信息的载体.光子晶体(Pho tonic Crystal)概念的提出,加速了人们对光子作为信息载体的研究.由于光子在光子晶体中的行为类似于电子在天然晶体(从某种意义上来说可以叫做电子晶体)中的行为,固体物理中的许多概念都可用在光子晶体上,所以光子晶体的基本特征是具有光子禁.频率落在禁带中的电磁波是禁止传播的,因为带隙中没有任何态存在.光子晶体的另一个主要特征是光子局域[1-4].光子晶体的出现使自由地操纵和控制光的行为成为现实,人们能够按自己的需求,以人工的方式设计和制造光子器件,由于光子晶体能够控制光在其中的传播,所以它的应用十分广泛.其主导思想就是利用光子禁带或禁带结构中的缺陷态来改变光子晶体中某种电磁态的密度,以制作全新原理或以前所不能制作的高性能器件[5].1 光子晶体通信器件的模拟[6,7]1.1 光子晶体光纤如今,人们对光子晶体的应用研究得最多也是进展最快的领域莫过于对光子晶体光纤的研究.光子晶体光纤虽然和传统光纤的导光机制一样,但是却具有明显优于传统光纤的特性,诸如无截止单模、不同的色度色散、极好的非线性效应、双折射效应、第25卷第5期2010年10月光电技术应用EL ECT RO-O PT IC T ECHNO LOG Y APP LICAT I ONVo l.25,No.5October.2010较高的入射功率、非线性现象、易于实现多芯传输等,这些优良特性使其在未来的光通信领域将有着广阔的应用前景.图1是用comsol 软件简单模拟了光子晶体光纤的光场分布.图1 六角形结构光子晶体光纤的光场分布图从图中可以明显看到,光只会分布在光纤孔中,不会散射到其他区域.1.2 光子晶体波导传统的介电波导在传播电磁波是会在传输过程中损失能量,特别是在拐角处损失的能量更多,但是光子晶体波导可以改变这种情况.即光子晶体波导对直线和转角都有很高的效率.具有如此高效传播能力波波导使得人们不得不对其另眼相看.因此,对光子晶体波导的研究也成为光子晶体应用研究的一个主要领域.图2是用comsol 软件模拟的直线波导和弯折波导的光传播情况.图2 正方晶格光子晶体直波导传输图从模拟图2中可以清楚看到:不在禁带区域的光会出现很强的散射,传导模式不对会很快衰减,只有在范围内而又有很好的传导模式的光才能顺利传播,而且损耗极小.看以看到,与直波导相同,弯曲波导的传输率也可以接近100%,如图3所示.图3 直角弯折波导的光传播模拟图1.3 光分波器在通信电路中,分波器是很重要的器件,那么光分波器在全光路中必不可少,图4是T 字型光分波器的光场模拟图.可以看到,与图3中的直角弯折波导具有相似性,只是光能量分开传播,分开后的总能量与分开前的能量相差很小,效率可以高达96%.图4 T 字型光分波器的光场模拟图1.4 宽带带阻滤波器和极窄带选频滤波器利用光子晶体的光子频率禁带特性可以实现对光子极优良的滤波性能.这是由于光子晶体的滤波带宽可以做得比较大.钻石结构的光子晶体的滤波带宽可以做到中心频率的20%.而由S.Gupta 等人所提出的金属-介质复合型光子晶体可以将从低频(频率接近0Hz)直到红外波段的电磁波完全滤掉.这种大范围的滤波作用利用传统的滤波器是难以实现的.另外研究发现,当光子晶体中的某些单元被取消而造成缺陷时,就会使得光子晶体的光子频率禁带出现一些可穿透窗口 .即光子频率禁带内的某些频率会毫无损失地穿过光子晶体,光子晶体的这一特性可以用来制作高品质的极窄带选频滤波器.经分析可以知道,为了得到窄的线宽,应该选择52光电技术应用第25卷合适的谐振腔和波导之间的距离.图5带阻滤波器结构传输图图6 归一化频率不同的两种频率的窄带滤波器传输图图6a 为频率在谐振频率处,图6b 传输频率仅仅偏离谐振频率1%,而传输率却降低为输入的2%多一点.可见此时的滤波器带宽相当窄.1.5 多组合滤波器当把多个谐振腔与波导组合后,会形成不同种类的滤波器.下面把两个波导两个谐振腔组合成一个二维光子晶体的三端口通道下路滤波器并用comsol 软件模拟光传播,如图7所示.图7 三端口通道下路滤波器的结构图与光传输图从图7可以清楚观察到,光波从A 端入射,传输到B 端的能量几乎为零了,所以下载到C 端的效率比较高.如果入射波端口改为C (此时此端口成为上传端口),能量将沿相反的方向传输从端口A 输出,而B 端口因为反射谐振腔的反射而几乎得不到能量.2 结束语文中基于comsol 软件对几种光子晶体通信器件的模拟,模拟结果非常好地体现光子晶体器件的优越性,并对模拟结果进行了简单分析,并提出多组合滤波器设计思路,为开发集成光通信器件提供了有益的参考.参考文献[1] John D Joannopoulos,St even G Johnson,Joshua NWinn,et al.Photonic Crystals:M olding the F low of Light [M ].2nd Edition.Princeton U niversity Press,2008.[2] Steven G Johnson,P hotonic Crystals:F rom T heory toPractice [M ].M assachusetts Institute of T echnolo gy,2001.[3] K azuaki Sakoda.Optical Properties of P hotonic Crystals[M ].Springer,2001.[4] E Yablonov itch.Inhibited Spontaneous Emissio n in Solid-State Physics and Electronics [J].Phys.Rev.Lett.1987,58:2059-2062[5] Z Zhang ,S Satpathy.Electromag netic w ave pr opagationin per iodic structures:Bloch wave solution of M ax well s equations[J].Phys.Rev.Lett.1990,65.[6] Y T anaka,T Asano,Y Akahane,et al.T heoretical investig ation of a two -dimensional photonic cryst al slab w ith taper ed air holes.Appl[J].Phys.Lett.2003,82(9).[7] K S Y ee.Numer ical solutio n to initial boundary valueproblems in -volving M ax well s equat ions in isotropic media[J].IEEE Irans.Antennas Propagate.1966.AP -14.[8] O Painter ,J Vuckovic,A Scherer.Defect modes of atwo-dimensio nal photonic crystal in an optically thin di electric slab[J].JOSA B,1999,275(16).53第5期臧克宽等:基于comsol 软件的光子晶体通信器件模拟。

利用COMSOL仿真进行二维光子晶体的教学

利用COMSOL仿真进行二维光子晶体的教学作者：邱伟彬林志立来源：《高教学刊》2019年第07期摘; 要：文章以COMSOL RF 模块为工具，进行半导体光电子学课程中的光子晶体的教学。

文中以介质光子晶体和色散材料光子晶体为例，给学生介绍了如何利用商用软件计算特定结构的光子晶体的能带结构，并且实现二维光场结构的可视化输出，使学生既掌握光子晶体能带结构的特点，又掌握如何使用商用软件来获得此能带结构。

关键词：COMSOL;光波导;仿真;商用软件中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）07-0084-03Abstract： In this paper， we use COMSOL RF module as a tool to teach photonic crystals in semiconductor optoelectronics course. Taking dielectric photonic crystals and dispersive materials photonic crystals as examples， this paper introduces how to use commercial software to calculate the band structure of photonic crystals with specific structures， and realize the visual output of two-dimensional optical field structure， so that students can not only grasp the characteristics of band structure of photonic crystals， but also grasp how to use commercial software to get the band structure.Keywords： COMSOL; optical waveguide; simulation; commercial software一、概述光子晶體是一直介电常数受到周期性调制的结构，类似于电子在晶体中的运动受到晶体中受到周期性势场限制而呈现的允带和禁带，光子在周期性介电常数分布的结构中传播时也出现允带和禁带，因此该晶体就被形象地称为光子晶体。