基于COMSOL的光纤设计

这里我们讲解一个简单的基于COMSOL的光纤仿真,COMSOL的版本:COMSOL Multiphysics 5.4。

首先我们打开软件,会出现如下的界面,这里我们选择模型向导,如图所示:

基于COMSOL的光纤设计_第1张图片

接下来我们会选择空间维度,这里我们选择二维即可,如图所示:

基于COMSOL的光纤设计_第2张图片

然后我们在选择物理场里面找到射频->电磁波、频域,然后点击添加,如图所示:

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然后我们选择下面的研究,如图所示:

基于COMSOL的光纤设计_第4张图片

然后在选择研究里面选择模式分析,如图所示:

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然后我们在几何中选择单位,设置为um,这里的单位根据需要来设置,如下图所示:

基于COMSOL的光纤设计_第6张图片

然后我们选择几何,然后点击右键,添加两个几何圆,这里我们就要设计光纤的几何结构,如图所示:

基于COMSOL的光纤设计_第7张图片

这里的半径一个设为8um(即纤芯),一个设为40um(即包层),这里大家根据需要进行设置,进行完几何体的定义之后,我们需要进行材料折射率设定,首先我们需要添加两个材料,步骤跟上面一样,然后我们将一个名称更改为Doped Silica Glass,另一个名称更改为Silica Glass,然后我们需要选择域,这里一一对应即可

如图所示:

基于COMSOL的光纤设计_第8张图片

然后我们在材料属性里面选择电磁模型->折射率->折射率实部->添加到材料,如图所示:

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然后我们将Doped Silica Glass层(纤芯)里面的折射率设置为1.4457,将Silica Glass(包层)层设置为1.4378,如图所示:

基于COMSOL的光纤设计_第10张图片基于COMSOL的光纤设计_第11张图片

然后我们在电磁波、频域里面设置波动方程,将电位移场设置为折射率,(这里大家会发现刚才打X的地方没有X了)如图所示:

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其它我们就暂时不用管了,默认即可,后面根据需求进行相应的设置即可。

然后我们在网格设置里面改成超细化,如图所示:

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接下来我们需要进行模式分析的设置,这里的模式分析频率等于光速/入射波长;模式搜索基准值,这里我们将其改为纤芯的折射率即1.4457(一般有效模式折射率都会接近纤芯的折射率),所需模式数为默认即可,其设置图如下所示:

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然后点击计算,这样我们就会得到相应的光纤模型了,这里我们还需要在结果->数据集中进行如下设置:

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然后我们将其有效模式折射率改为1.4444,会得到如下的图:

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这就是我们需要的光纤结构图,我们会发现能量都集中在中心,我们还可以观察不同的效果,这里我们将表达式进行更改,即点击电场->表面,如图所示:

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选择该图标,然后选择组件1->电磁波、频域->电->电场->z分量,点击进行绘制,然后我们将会得到如下的图:

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然后我们还可以添加等值线,点击电场的右键即可,然后我们将场改为然后选择组件1->电磁波、频域->磁->磁场->z分量,最终得到的光纤如下:

基于COMSOL的光纤设计_第19张图片

基本的光纤设计流程就如上所示。完。

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