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Novità COMSOL Multiphysics® versione 6.1

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Aggiornamenti del Wave Optics Module

Per gli utenti del Wave Optics Module, la versione 6.1 di COMSOL Multiphysics® introduce la funzionalità di scattering dielettrico, la funzione di campo di fondo Linearly polarized plane wave in 2D assialsimmetrico e nuovi tutorial. Per approfondire questi e altri aggiornamenti, continuate a leggere.

Scatterer dielettrico nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements

L'interazione delle onde elettromagnetiche con oggetti dielettrici è ora supportata dal metodo agli elementi al contorno (BEM), compreso il calcolo delle proprietà di dispersione in campo lontano associate. Questa nuova funzionalità è disponibile nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements. Richiede l'aggiunta di un nodo Wave Equation, Electric a ciascun dominio dielettrico di dispersione. Inoltre, è possibile aggiungere un nodo Far-Field Calculation per valutare le quantità di campo lontano, come il diagramma di radiazione. Questa funzionalità è stata dimostrata nel nuovo modello Optical Yagi-Uda Antenna.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Wave Equation, Electric selezionato; la finestra Settings corrispondente e la finestra Graphics che mostra il modello Optical Yagi-Uda Antenna.
Nella finestra Model Builder è selezionato un secondo nodo Wave Equation, Electric, che rappresenta gli scatterer in alluminio. Il primo nodo Wave Equation, Electric rappresenta il dominio infinito di aria.

Condizione al contorno Layered Impedance

Una nuova funzionalità consente di modellare più strati sottili sopra un substrato con una piccola profondità di penetrazione, come ad esempio sottili rivestimenti dielettrici su una superficie metallica. Tali strati sottili possono essere descritti utilizzando la funzione Layered Impedance Boundary Condition, disponibile nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Frequency Domain. È necessario combinare un Layered Material nel nodo globale Materials e un Layered Material Link nel nodo Materials. Questa funzionalità è dimostrata nel nuovo modello Enhanced Coating for a Microelectromechanical Mirror.

Vedi esempio

Condizione al contorno Layered Transition

La Layered Transition Boundary Condition nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Frequency Domain è stata aggiunta anche all'interfaccia Electromagnetic Waves, Beam Envelopes. La Layered Transition Boundary Condition è stata aggiornata per includere tutti i modelli di materiale disponibili per la Transition Boundary Condition, il che semplifica la definizione dei parametri del materiale per la condizione al contorno.

Vedi esempio

Linearly Polarized Plane Wave Background Field in 2D assialsimmetrico

Il campo di background Linearly polarized plane wave con polarizzazione e angolo incidente arbitrari è ora disponibile per l'assisimmetria 2D e utilizza un metodo di espansione. È adatto per modellare la diffusione di corpi di rivoluzione sotto l'eccitazione di onde piane. Rispetto alla risoluzione dello stesso problema in 3D, il modello 2D assialsimmetrico richiede un minore utilizzo di memoria e tempo, specialmente per scatterer elettricamente grandi, e agevola l’uso di una mesh più fitta per una maggiore accuratezza. Quando si utilizza il campo di background Linearly polarized plane wave in 2D assialsimmetrico, viene aggiunto automaticamente uno sweep ausiliario del numero di modo azimutale. Per costruire la soluzione completa, è necessario sommare il contributo di ciascun modo azimutale in postprocessing. Questa funzione è dimostrata nel nuovo tutorial Cloaking of a Cylindrical Scatterer with Graphene (Wave Optics).

Vedi esempio

Nuova funzionalità automatizzata Symmetry Plane

La funzione Symmetry Plane semplifica la definizione dei piani di simmetria Conduttore Elettrico Perfetto (PEC) e Conduttore Magnetico Perfetto (PMC). Questa funzionalità viene utilizzata al posto delle condizioni al contorno Perfect Electric Conductor e Perfect Magnetic Conductor quando si riducono le dimensioni del modello per motivi di simmetria. Inoltre, le informazioni sul tipo e sulla posizione delle caratteristiche del Symmetry Plane vengono utilizzate nel calcolo dei campi lontani e nella definizione dei campi analitici del modo Port e dell'impedenza Lumped Port. Questa nuova funzione è disponibile nei seguenti modelli:

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con un nodo Symmetry Plane selezionato, la finestra Settings corrispondente e la finestra Graphics con una geometria di nanosfera.
L'uso dei nodi del Symmetry Plane nel tutorial Optical Scattering off a Gold Nanosphere.

Accoppiamento multifisico Metodo degli elementi finiti (FEM)-Metodo degli elementi al contorno (BEM)

Una nuova funzione di accoppiamento FEM-BEM semplifica la configurazione di modelli ibridi FEM-BEM per le onde elettromagnetiche. È disponibile nel Model Wizard come interfaccia multifisica Electromagnetic Waves, FEM-BEM, che combina le interfacce Electromagnetic Waves, Frequency Domain e Electromagnetic Waves, Boundary Elements con una nuova funzione di accoppiamento multifisico Electric Field Coupling.

Vedi esempio

Opzione porta con formulazione debole

Quando si espande il campo elettrico su una condizione di porta, la nuova formulazione della porta Weak aggiunge una variabile dipendente scalare per il coefficiente di espansione (il parametro S) e quindi risolve per i parametri S e il campo elettrico tangenziale sulla porta utilizzando solo un'espressione in forma debole. Poiché non vengono utilizzati vincoli, questa formulazione esclude completamente la fase di eliminazione dei vincoli durante la soluzione. Questa nuova formulazione di porta sostituisce la formulazione di porta senza vincoli introdotta nella versione 6.0.

Questa nuova formulazione delle porte è presente in quasi tutti i tutorial basati sulle porte, tra cui:

Vedi esempio

Formulazione covariante in 2D assialsimmetrico

Nella formulazione assialsimmetrica 2D, è vantaggioso formulare la variabile dipendente fuori dal piano come

,

che viene definita covariant formulation. Qui, Ψ è la variabile dipendente e è la coordinata radiale. La componente del campo elettrico fuori dal piano è quindi calcolata come

La formulazione covariante ha prestazioni migliori in termini di stabilità numerica e accuratezza. Rispetto alle versioni precedenti, le simulazioni di frequenze proprie possono restituire un numero inferiore di frequenze proprie; tuttavia, le soluzioni restituite hanno una migliore accuratezza e vengono restituite meno soluzioni spurie.

Questa formulazione viene utilizzata per tutti i tipi di studio, ad eccezione di Mode Analysis e Boundary Mode Analysis, e può essere visualizzata nei seguenti modelli:

Vedi esempio

Opzione No Incident Field per le funzionalità Scattering e Matched Boundary Condition.

Per le condizioni Scattering Boundary Condition e Matched Boundary Condition nell'interfaccia Electromagnetic Waves, Beam Envelopes, è ora disponibile un'opzione predefinita per il parametro Incident field: il valore No incident field. È possibile utilizzare questa opzione se al contorno sono presenti solo onde uscenti. I seguenti modelli già presenti evidenziano questa nuova opzione:

Vedi esempio

Rappresentazione Analytical Port Mode Field prima del calcolo

I campi dei modi delle porte di tipo Rectangular, Circular e Coaxial sono descritti da funzioni analitiche. In questa versione, questi tipi di porta possono essere visualizzati in anteprima prima di eseguire le simulazioni, a condizione che i contorni della porta siano paralleli agli assi principali.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con la condizione Port selezionata, le impostazioni corrispondenti, una finestra Graphics con un modello di guida d'onda rettangolare e una seconda finestra Graphics che mostra un campo elettrico nella tabella dei colori Rainbow.
Le impostazioni di Port e il campo per il modo TE10 rettangolare. Il pulsante Plot si trova accanto alla casella di selezione Mode type.

Formulazione del flusso upwind

Il parametro Flux type nel nodo Wave Equations per l'interfaccia Electromagnetic Waves, Time Explicit ora include anche l'opzione Upwind flux. Questa opzione può essere utilizzata per migliorare i calcoli dei parametri S che possono avere una bassa precisione a causa della sovradissipazione intorno ai bordi del conduttore elettrico perfetto (PEC), che può verificarsi quando si utilizzano i parametri di flusso predefiniti di Lax-Friedrichs.

Vedi esempio

Calcolo Skin Depth

Una nuova funzionalità di calcolo (Skin Depth) può essere utilizzata per calcolare la profondità della pelle, che può essere definita dalla conduttività elettrica o dalla resistività di un materiale. Ciò può aiutare a determinare se l'applicazione di una particolare condizione al contorno è appropriata. Lo Skin Depth Calculator è disponibile nelle impostazioni delle funzioni Impedance Boundary Condition, Transition Boundary Condition, Layered Impedance Boundary Condition e Layered Transition Boundary Condition. La funzione Skin Depth Calculator è disponibile nei seguenti modelli:

Vedi esempio

Nuovi tutorial

La versione 6.1 di COMSOL Multiphysics® introduce diversi nuovi modelli didattici nel Wave Optics Module.

Optical Ring Resonator Notch Filter 3D

Un modello di anello ottico 3D nella tavola dei colori Rainbow.
Un modello di anello ottico 3D che utilizza parti della Wave Optics Part Library. I risultati mostrano la distribuzione del campo alla lunghezza d'onda di risonanza.

Titolo in Application Library:
optical_ring_resonator_3D
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Optical Yagi-Uda Antenna

Un modello di antenna con il diagramma di radiazione in campo lontano nella tabella dei colori Rainbow.
L'interfaccia Electromagnetic Waves, Boundary Elements è utilizzata per modellare un'antenna ottica Yagi–Uda fatta di nanorods di alluminio. I risultati mostrano il diagramma di radiazione in campo lontano dell'antenna, pilotata da un dipolo elettrico puntiforme.

Titolo in Application Library:
optical_yagi_uda_antenna
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Cloaking of a Cylindrical Scatterer with Graphene

Due distribuzioni di campo: una con cloak di grafene e una senza.
Il campo di fondo di Linearly polarized plane wave in un modello assialsimmetrico 2D. I risultati mostrano un confronto delle distribuzioni di campo intorno a uno scatterer cilindrico con e senza cloak di grafene.

Titolo in Application Library:
cylinder_graphene_cloak
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Graphene Metamaterial Perfect Absorber

Un assorbitore in metamateriale a reticolo esagonale.
Assorbitore a frequenze terahertz (THz) in metamateriale a base di grafene, costituito da una struttura reticolare.

Titolo in Application Library:
graphene_metamaterial_perfect_absorber
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Enhanced Coating for a Microelectromechanical Mirror

Un grafico con la riflettanza sull'asse delle ordinate e la lunghezza d'onda nello spazio libero sull'asse delle ascisse.
Confronto degli spettri di riflettanza di uno specchio, prima e dopo l'ottimizzazione dello spessore del sottile strato di rivestimento dielettrico.

Titolo in Application Library:
enhanced_mems_mirror_coating
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Tapered Waveguide

Modello di guida d'onda conica che mostra il campo elettrico nella tabella dei colori Prism.
La distribuzione del campo elettrico di una guida d'onda conica con un'onda in propagazione, modellata utilizzando l'interfaccia Electromagnetic Waves, Beam Envelopes.

Titolo in Application Library:
tapered_waveguide
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