Atualizações do Wave Optics Module

Para usuários do Wave Optics Module, a versão 5.2a do COMSOL Multiphysics® traz um novo recurso de domínio Polarization para simulação mais fácil de mistura de frequência não linear e processos paramétricos não lineares na interface Electromagnetic Waves, Beam Envelopes, e muito mais. Veja abaixo mais detalhes das atualizações feitas no Wave Optics Module.

Recurso de domínio Polarization

Diferentes interfaces no domínio da frequência podem ser acopladas com o novo recurso de domínio Polarization. Isso simplifica simulações de mistura de frequências não linear, como geração de frequência de soma e subtração e processos paramétricos não lineares. O recurso Polarization está disponível como um sub-nó para as interfaces Electromagnetic Waves, Frequency Domain e Electromagnetic Waves, Beam Envelopes.

Caminho da Biblioteca de Aplicativo para um exemplo que utiliza o recurso de domínio Polarization:

Wave_Optics_Module/Verification_Examples/second_harmonic_generation_frequency_domain

Novo aplicativo: Polarizing Beam Splitter

Cubos de polarização divisores feixes consistem de dois primas de ângulo reto, onde uma camada dielétrica é aplicada à superfície intermediária. O cubo transmite parte da onda de incidência enquanto reflete a outra parte. Uma das vantagens de usar a forma de cubo em vez de placa para divisores ópticos é evitar imagens fantasmas. Esse novo aplicativo demonstra o design MacNeille básico, que consiste em pares de camadas com índices de refração altos e baixos em alternância, onde é possível selecionar o número de camadas do divisor. Pode-se inserir índices de refração para os prismas e as camadas na pilha dielétrica diretamente, ou por meio de uma lista pré-definida de materiais. As varreduras podem ser executadas em uma série de comprimentos de onda ou raios do ponto. O aplicativo exibe o módulo do campo elétrico total e o campo elétrico da primeira e segunda onda para determinado comprimento de onda ou raio do ponto e polarização. Também é apresentada a refletância e transmitância.

Caminho da Biblioteca de Aplicações:

Wave_Optics_Module/Applications/polarizing_beam_splitter

Captura da tela do aplicativo Divisor Óptico de Polarização. A janela do elemento gráfico à direita exibe o feixe, incidindo da esquerda, que é refletido para cima pela pilha fina que é aplicada aos limites entre os dois prismas. Varreduras de parâmetros podem ser executadas no comprimento de onda ou ponto fixo. O campo elétrico, a refletância e a transmitância, bem como os perfis de índices de refração, podem ser exibidos na janela do elemento gráfico, além da geometria e da malha. Captura da tela do aplicativo Divisor Óptico de Polarização. A janela do elemento gráfico à direita exibe o feixe, incidindo da esquerda, que é refletido para cima pela pilha fina que é aplicada aos limites entre os dois prismas. Varreduras de parâmetros podem ser executadas no comprimento de onda ou ponto fixo. O campo elétrico, a refletância e a transmitância, bem como os perfis de índices de refração, podem ser exibidos na janela do elemento gráfico, além da geometria e da malha.

Captura da tela do aplicativo Divisor Óptico de Polarização. A janela do elemento gráfico à direita exibe o feixe, incidindo da esquerda, que é refletido para cima pela pilha fina que é aplicada aos limites entre os dois prismas. Varreduras de parâmetros podem ser executadas no comprimento de onda ou ponto fixo. O campo elétrico, a refletância e a transmitância, bem como os perfis de índices de refração, podem ser exibidos na janela do elemento gráfico, além da geometria e da malha.

Especificação de Vetores de Ondas Definida Pelo Usuário

Mais flexibilidade foi adicionada à interface física Electromagnetic Waves, Beam Envelopes por meio de uma nova seção na janela de configurações chamada User Defined Wave Vector Specification. Essa seção foi adicionada para que se possa configurar o vetor de onda corretamente em domínios de camada perfeitamente casada (PML) quando se quiser especificar uma fase definida pelo usuário. As configurações padrão podem estar incorretas nessa situação. Ao selecionar User defined na lista Type of phase specification list, a nova seção User Defined Wave Vector Specification sera exibida e permitirá definir configurações especiais em, por exemplo, domínios Perfectly Matched Layer.

Aplicativo atualizado: Plasmonic Wire Grating Analyzer

Circuitos baseados em plásmons de superfície estão sendo usados em aplicações como chips plasmônicos, geração de luz e nanolitografia. O aplicativo Plasmonic Wire Grating Analyzer calcula os coeficientes de refração, reflexão especular e difração de primeira ordem como funções do ângulo de incidência para uma grade de difração plasmônica em um substrato dielétrico. O modelo descreve uma célula unitária da grade, sendo que condições de contorno de Floquet definem a periodicidade. A funcionalidade de pós-processamento permite expandir o número de células unitárias e extrair a visualização para a terceira dimensão. O aplicativo oferece a capacidade de variar o ângulo de incidência de uma onda plana a partir do ângulo normal para o ângulo de difração na estrutura da grade. O aplicativo também permite variar o raio de um filamento da grade, bem como a periodicidade ou o tamanho da célula unitária. Outros parâmetros que permitem variação são o comprimento de onda e a orientação da polarização. O aplicativo apresenta resultados para o módulo do campo elétrico, para periodicidade de múltiplas grades, ângulos de incidência selecionados, vetor da onda de incidência e vetores de onda para todos os modos refletidos e transmitidos, refletância e transmitância.

Caminho da Biblioteca de Aplicativo:

Wave_Optics_Module/Applications/plasmonic_wire_grating

O aplicativo Analisador de Grade de Difração Plasmônica computa as eficiências de difração para as ondas transmitidas e refletidas, e a primeira e segunda ordens de difração para uma grade de difração em um substrato dielétrico. O comprimento de onda, a polarização, propriedades materiais, periodicidade da onda e raio podem ser alterados. O aplicativo Analisador de Grade de Difração Plasmônica computa as eficiências de difração para as ondas transmitidas e refletidas, e a primeira e segunda ordens de difração para uma grade de difração em um substrato dielétrico. O comprimento de onda, a polarização, propriedades materiais, periodicidade da onda e raio podem ser alterados.

O aplicativo Analisador de Grade de Difração Plasmônica computa as eficiências de difração para as ondas transmitidas e refletidas, e a primeira e segunda ordens de difração para uma grade de difração em um substrato dielétrico. O comprimento de onda, a polarização, propriedades materiais, periodicidade da onda e raio podem ser alterados.

Novo Modelo Tutorial: Second Harmonic Generation in the Frequency Domain

É mais difícil gerar emissões laser na parte de comprimentos de ondas curtos do espectro eletromagnético visível do que na parte dos comprimentos de onda longos. A mistura não linear de frequências facilita a geração de novos comprimentos de onda curtos a partir de comprimentos de onda para os quais há laser existentes. Este Modelo Tutorial descreve o processo de geração do segundo harmônico (SHG, second harmonic generation), no qual luz na frequência fundamental atravessa um cristal com propriedades ópticas não lineares, gerando luz na frequência do segundo harmônico. O modelo tutorial acopla as físicas de duas interfaces Electromagnetic Waves, Frequency Domain — uma para a onda fundamental e outra para o segundo harmônico — usando o recurso de domínio Polarization para cada interface. Os resultados mostram que a energia é transferida da onda fundamental para a onda do segundo harmônico, fazendo com que a amplitude da onda fundamental diminua, enquanto a amplitude da onda do segundo harmônico começa em zero e aumenta durante a propagação através do cristal. Esses resultados são comparados com a solução analítica a partir da aproximação do envelope lentamente variável (SVEA, slowly varying envelope approximation).

Caminho da Biblioteca de Aplicações:

Wave_Optics_Module/Verification_Examples/second_harmonic_generation_frequency_domain*

Gráfico da polarização-y do campo elétrico para a onda fundamental (superior) e a segunda onda harmônica (inferior). Observe que a amplitude da segunda onda harmônica aumenta com a propagação, à medida que a energia é transferida da onda fundamental para ela. O gráfico também mostra claramente que o comprimento de onda da segunda onda harmônica é metade do da onda fundamental. Gráfico da polarização-y do campo elétrico para a onda fundamental (superior) e a segunda onda harmônica (inferior). Observe que a amplitude da segunda onda harmônica aumenta com a propagação, à medida que a energia é transferida da onda fundamental para ela. O gráfico também mostra claramente que o comprimento de onda da segunda onda harmônica é metade do da onda fundamental.

Gráfico da polarização-y do campo elétrico para a onda fundamental (superior) e a segunda onda harmônica (inferior). Observe que a amplitude da segunda onda harmônica aumenta com a propagação, à medida que a energia é transferida da onda fundamental para ela. O gráfico também mostra claramente que o comprimento de onda da segunda onda harmônica é metade do da onda fundamental.

Novo Modelo Tutorial: Single-Bit Hologram

Quando dois feixes de luz coerentes se cruzam, um padrão de interferência aparece. Se isso ocorrer em um material sensível à luz, com intensidade maior que determinado limite de exposição, o padrão de interferência é registrado no material como uma modulação do índice refrativo e um holograma é produzido. Neste Modelo Tutorial, um feixe incide em um material holográfico pela esquerda enquanto outro feixe incide de cima. Isso simula um armazenamento de dados holográficos bit por bit, incluindo gravação e recuperação de dados. No processo de gravação, os dois feixes se cruzam e criam um padrão de interferência, que é gravado no holograma que contém os dados de bit único.

Caminho da Biblioteca de Aplicações:

Wave_Optics_Module/Gratings_and_Metamaterials/single_bit_hologram

Gráfico do padrão de interferência durante o processo de gravação. O feixe de referência incide da esquerda e o feixe objeto incide de cima. O gráfico à esquerda representa o campo elétrico total dos dois feixes, enquanto o gráfico à direita representa o padrão de intensidade dos dois feixes interferentes. Gráfico do padrão de interferência durante o processo de gravação. O feixe de referência incide da esquerda e o feixe objeto incide de cima. O gráfico à esquerda representa o campo elétrico total dos dois feixes, enquanto o gráfico à direita representa o padrão de intensidade dos dois feixes interferentes.

Gráfico do padrão de interferência durante o processo de gravação. O feixe de referência incide da esquerda e o feixe objeto incide de cima. O gráfico à esquerda representa o campo elétrico total dos dois feixes, enquanto o gráfico à direita representa o padrão de intensidade dos dois feixes interferentes.