波动光学模块

全波电磁分析

“波动光学模块”可以帮助用户轻松地在二维、二维轴对称和三维几何空间中快速建立模型，仿真工作流程简单明了，一般包括：创建或导入几何、选择材料、选择合适的波动光学接口、定义边界条件和初始条件、定义网格、选择求解器以及将结果可视化，所有这些步骤都可以在 COMSOL Multiphysics^®环境中执行。软件预置了相应的网格划分和求解器设置，并支持手动修改这些设置。

“波动光学模块”基于麦克斯韦方程和光在不同介质中传播的材料定律，来计算电磁场和波的传播，分析光学器件中的光传播。

“波动光学模块”支持频域和时域建模，包括特征频率和模式分析。

光学材料

“波动光学模块”提供了内置的光学材料库，方便用户选择，也支持用户自定义光学材料：可以指定相对介电常数或折射率，也可以包含更高级的材料属性，如 Debye、Drude-Lorentz 和 Sellmeier 色散等；还支持各向异性材料和功能梯度材料的设定。借助于这些功能，用户可以轻松创建各种自定义材料，包括带有工程属性的超材料、旋磁和旋波材料等。

通过直接在软件中修改材料、控制麦克斯韦方程组或边界条件，用户可以实现对仿真分析的全面掌控。

数据可视化和提取

用户既可以通过各种绘图来直观地呈现电场和磁场、反射率、透光率、衍射效率、S 参数、功率流和耗散等计算结果，也可以对自定义的物理量进行可视化，以便更深入和全面地理解仿真结果。

非线性光学

“波动光学模块”提供非线性光学问题的时域和频域仿真功能，支持对材料属性随温度或其他物理场变化的材料进行如自聚焦等非线性光学分析；支持耦合多个频域分析，来模拟不同频率下的两个或多个波之间的混合，如和频、差频产生过程。通过引入非线性偏振项，可以分析涉及连续波（CW）激光或其他准稳态现象的非线性光学仿真。时域分析的功能也非常灵活，用户可以修改偏振或残余电位移项，分析更复杂的建模场景，如皮秒、飞秒等超快激光现象。

边界条件

在电磁波建模中，准确的边界条件对于仿真结果的精度至关重要。“波动光学模块”提供专业的边界条件，可以处理光学仿真中的各种场景：支持无界域模拟；对于超材料等周期性结构，周期性端口可以处理任意入射角和衍射级；对于波导和光纤问题，模块提供模式匹配端口以确保正确地将入射光馈送入波导。

“波动光学模块”提供以下重要的边界条件：

• 理想电导体（PEC）
• 阻抗（有限电导率）
• 过渡（有损导电薄板）
• 具有任意衍射级的周期性端口
• Floquet 或 Bloch 周期边界
• 散射（吸收）边界
• 端口
  • 解析形状
  • 数值（模式匹配）

光学器件的多物理场效应

“波动光学模块”可与其他模块结合使用，以模拟光学器件中的多物理场现象，所有附加模块都与 COMSOL Multiphysics^®软件平台无缝集成。这意味着，不论研究哪种工程领域或物理现象，都可以遵循相同的仿真工作流程。

借助“波动光学模块”，用户可以研究机械变形对光学器件性能的影响，如应力-光效应，也可以研究热、热应力和热耗散对器件性能的影响；还可以分析如声光、电光和磁光效应等多种物理效应，并将结果用于光学调制。

与质量传递分析相耦合时，用户可以计算具有各向异性扩散系数的真实折射率曲线，并将结果用于电磁学分析，以便更好地了解光学器件的行为，优化器件的设计和性能。

周期性结构

周期性结构是众多工程电磁结构的基础，广泛应用于偏振和亚波长成像以及衍射光学等领域。“波动光学模块”的 Floquet 周期条件和不同的衍射级可以用于分析这些结构（包括其高阶衍射模式），快速、准确地设计超表面和其他平面光学元件。

散射

散射场公式可以用于轻松建立金纳米粒子等物体的精确散射模型：用户可以设置平面波、高斯光束（考虑或不考虑近轴近似）或自定义激励，对由激励引起的散射场进行求解；完美匹配层（PML）的出射辐射吸收功能，可以吸收各种频率和入射角范围内的辐射，用来近似无限大空间；近远场变换功能支持对散射体的远场辐射进行详细分析，从而更深入地了解散射现象。