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：

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：

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：

然后我们选择下面的研究，如图所示：

然后在选择研究里面选择模式分析，如图所示:

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

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：

然后我们将其有效模式折射率改为1.4444，会得到如下的图：

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：

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：

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：

基本的光纤设计流程就如上所示。完。