COMSOL在光电领域的应用

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1、COMSOL在光电领域的应用中仿科技技术部内容和安排1、COMSOLMultiphysics功能介绍2、COMSOL在光电领域的应用3、COMSOL在太阳能电池领域的应用什么是多物理场?在描述一个对象时涉及多种物理现象的组合这些现象都基于某种物理规律这种物理规律可以借助于偏微分方程得到精确描述有限元有限差分有限体积法…FCOMSOLMultiphysics全球第一款真正的多物理场耦合分析软件一个功能强大的平台有限元仿真平台类似于公式解释器形式的图形化操作界面填空式的操作方法任意耦合的多物理场分析平台多物理场耦合多维度/尺度耦合与实验结果进行耦合突出的特点易用性

2、可自由切换的多种语言操作界面简单鼠标操作和填空，自动耦合物理场开放性对用户透明，支持用户建立自己的模型灵活性与MATLAB无缝连接，强大的二次开发功能COMSOLMultiphysics的主要特性主菜单主工具条设定绘图窗口通过模型树建模信息、求解过程和数字结果交互式建模和模拟环境大量的预置物理应用模式自定义PDE应用模式无穷的耦合能力无限的物理量耦合不同维度/尺度耦合与实验结果耦合完备地前处理器功能简单实用的几何建模导入主流CAD文件格式强大的网格剖分功能多种功能强大的求解器强大的后处理能力特定的应用模型和扩展支持Matlab®和Simulink®的双向调用模

3、拟过程分析问题，确定PDE方程及相关的参数选择模型方程创建或导入几何模型设定材料属性及PDE系数项设定边界条件生成网格求解(设定Solver参数)后处理，结果可视化、动画、输出其他处理过程脚本后处理或二次开发波动方程Helmholtz方程瞬态分析：定义一个时域波稳态分析：谐波传输模式分析瞬态和稳态分析能模拟什么类型的入射波源？所有类型材料呢？非线性，色散，各向异性…后处理，信号处理后处理工具Matlab接口光电器件模拟的重要因素灵活输入COMSOL：指定的数值插值函数标量/矢量表达式分段表达式逻辑表达式通过灵活的表达式描述入射场当对时间、空间位置敏感时，采用相

4、似的方法定义材料材料对电场敏感a=0，Lorentz色散模型w0=0，c1=1，Drude色散模型色散阻尼谐振非线性磁化系数（折射率）电子作为阻尼非谐振子：利用Duffing模型处理非线性色散效应两个模式的耦合点方程系数的表达式瞬态分析：高斯脉冲在非线性材料中的传输高斯波束的二次谐波在输出边界用MATLAB做FFTSHG二次谐波的频谱w0=wp近紫外区域2pc/w0=0.3～0.4mmc=1n=sqrt(2)a=-n0*n2/(e02*c12*h0)，h0=sqrt(m0/e0)FWM效率随传输距离增大，先增加后降低JamesE.Toney,PennStat

5、eUniversityElectro-OpticsCenter考虑相位失配的四波混频瞬态分析：不同时刻下高斯光束在三阶非线性介质中的传播四波混频计算结果普通波导：低折射率的基底，高折射率的芯结构狭缝波导：两部分高折射率介质形成“狭缝”光场在狭缝处的低折射率介质中传播光场尺寸在纳米量级，超小模场面积、超高非线性利用COMSOL进行模场分布分析狭缝波导拉曼增强发生在纳米金属球与普通介电介质的交界面表现为场的分布在界面处急剧增大（数十甚至数百倍）利用COMSOL进行拉曼散射分析拉曼增强减少刻蚀的特征长度介电介质上排列“金岛”结构，形成光场增强光刻胶表面增强拉曼散射S

6、PR棱镜耦合利用COMSOL进行谐波传输分析平面波入射激发SPP波反射波通过边界积分，计算透射率和反射率金属薄层（30nm）棱镜空气（或其他待测介质）薄金属层的透射和反射COMSOL模拟两种高斯波的古斯-汉欣位移：(a)l=413nmandq=50degrees(ee=−1.62+1.74i);(b)l=248nm,andq=54degrees(ee=0.563+0.148i).BinzhaoandLeiGao,Opt.Express,17,21433(2009).温度对古斯-汉欣位移的影响光场集中导致了重要的梯度分布，这就产生了力的矢量光镊微球：纳米或者微米

7、量级的高品质谐振腔高Q值低损耗微球回音壁模式分析环形谐振腔l1l2ThroughDrop*R.F.Oulton,V.J.Sorger,D.A.Genov,D.F.P.Pile,andX.Zhang,Ahybridplasmonicwaveguideforsubwavelengthconfinementandlong-rangepropagation.NaturePhotonics,2008.2(8):p.496-500.表面等离子体激光airairε,μ>0ε,μ<0负折射率超棱镜：超越衍射极限负折射率光子晶体负折射率铁磁流体Y.Gao,J.P.Huang,

8、Y.M.Liu,L.Gao,K.W.Y