
COMSOL模型仿真光纤等波导三维弯曲的模场分布与波束包络方法(Comsol 6.1版本
自建仿真模型)
光纤仿真工程师最头疼的场景之一:如何在三维空间里优雅地给光波导"掰弯"还不影响光信号传
输?今天我们用COMSOL6.1实战演示带弯曲结构的光纤建模,重点会用到波束包络这个神器。
新建模型时直接上狠活——在几何构建器里用参数方程定义弯曲路径。比如要搞个螺旋状弯曲,直接
在曲线功能里输入:
```java
x = R*cos(theta)
y = R*sin(theta)
z = pitch*theta/(2*pi)
```
这里的theta用弧度控制弯曲程度,R是螺旋半径,pitch控制纵向拉伸。这种参数化建模的好处是后
期调试参数时,弯曲形态可以实时联动更新,不用重新画图。
波束包络法的精髓在于边界条件设置。在电磁波,波束包络接口下,入射端口要这样配置:
```matlab
E_field = [0; exp(-(x^2+y^2)/w0^2); 0] //高斯光束初始场
k_vector = [0; 0; k] //初始波矢方向
```
特别注意弯曲区域的坡印廷矢量方向需要动态调整。这里有个骚操作——在材料属性里定义折射率
张量时,通过坐标变换实现等效弯曲效果:
```cpp
n = n0 * [1 0 0;
0 1 R_curvature;
0 0 1] //R_curvature是弯曲半径
```
这种变换光学手法能避免直接处理复杂几何带来的网格畸变问题。
网格划分有个隐藏技巧:在波传播方向用扫掠网格,横向用自由四面体。关键代码在mesh序列里插
入:
```python
with mesher as m: