در این آموزش، نخست به طور خلاصه ماژول Wave Optics معرفی میشود، سپس با استفاده از شرایط مرزی دورهای چند مثال از جمله: زاویه حد و بروستر (Brewster Angle)، تحریک پلاسمون پولاریتون‌های سطحی (Surface Plasmon Polariton) در پیکربندی کریشمن (Kretschmann)، یک توری پراش ساخته شده از نانو - نوارهای طلا و تابش نور از هوا به یک فراماده با ضریب شکست منفی شبیهسازی می‌‌شوند. در ادامه مبحث موجبرها و چگونگی شبیهسازی آن‌ها در این ماژول با انجام مثال‌های مناسب بیان و روش تحلیل مد شرح داده میشود. برای تکمیل مبحث موجبرها یک مثال هم از کاربرد فیزیک Beam Envelope آورده شده است. در انتها این فرادرس با انجام یک مثال جذاب از شنل نامرئی‌کننده به منظور آشنایی با چگونگی اعمال ناهمسانگردی مواد اپتیکی به پایان می‌رسد.
زمینه‌های پژوهشی ایشان در دوره دکتری شبیهسازی ابزارهای فوتونیکی به ویژه مدولاتورهای الکترواپتیکی بوده است، همچنین ایشان در زمینه ابزارهای فوتونیکی مبتنی بر گرافن و ساختارهای پلاسمونیکی نیز سابقه فعالیت پژوهشی دارند.
توضیحات تکمیلی
امروزه توانایی شبیهسازی عددی مسائل مختلف با استفاده از نرم‌افزارهای کامپیوتری، یکی از مهارت‌های مهم برای دانشجویان به ویژه دانشجویان تحصیلات تکمیلی محسوب میشود. بر همین اساس، نرم‌افزارهای زیادی برای شبیهسازی مسائل حوزه اپتیک (Optics) و فوتونیک (Photonics) به وجود آمده است که بی‌شک یکی از قدرتمندترین نرم‌افزارهایی که تاکنون معرفی شده و توسعه یافته است، نرم افزار COMSOL است که دارای ماژول‌های مختلفی برای شبیهسازی مسائل حوزه‌های وسیعی همچون: مکانیک، برق، شیمی، مواد و... است.
ماژول Optics Wave این نرمافزار با روش (Finite Element Method) FEM به حل معادلات ماکسول در ساختارها و هندسه‌های مختلف می‌پردازد، بنابراین می‌تواند برای شبیهسازی طیف بسیار وسیعی از مسائل اپتیکی و فوتونیکی مانند: موجبرها، امواج پلاسمونیک (Plasmonic Waves)، فرامواد نوری، بر هم‌کنش نور با مواد و ساختارهای گوناگون و... به کار گرفته شود.
یک مزیت استفاده از این نرمافزار برای پژوهشگران این است که پیش از شروع ساخت نمونه‌های مد نظر خود می‌توانند، ابتدا آن‌ها را شبیهسازی کرده و ویژگی‌های آن‌ها را پیش از صرف هزینه‌های ساخت بررسی کنند و حتی تعداد مراحل ساخت و بهینه‌یابی را بسیار کم کنند و وقت کمتری برای آزمون و خطا در آزمایشگاه صرف نمایند.
در این فرادرس سعی بر آن است که ماژول Wave Optics از نرمافزار COMSOL به علاقه‌مندان این مبحث آموزش داده شود و برخی از مسائلی که توسط این ماژول شبیهسازی می‌‌شوند، معرفی شده و قابلیت‌‌های آن بررسی گردند. در واقع، هدف آن است که پژوهشگران و دانشجویان عزیز بتوانند با استفاده از این آموزش، مثال‌های متعدد مطرح شده را به خوبی در محیط نرمافزار شبیهسازی کنند. به این منظور، در هر مثال نخست توضیحات کوتاهی برای معرفی مساله ارائه میشود و سپس صفر تا صد شبیهسازی مثال در محیط نرمافزار انجام می‌‌گردد.
در این آموزش، نخست به طور خلاصه ماژول Wave Optics معرفی میشود، سپس با استفاده از شرایط مرزی دورهای چند مثال از جمله: زاویه حد و بروستر (Brewster Angle)، تحریک پلاسمون پولاریتون‌های سطحی (Surface Plasmon Polariton) در پیکربندی کریشمن (Kretschmann)، یک توری پراش ساخته شده از نانو - نوارهای طلا و تابش نور از هوا به یک فراماده با ضریب شکست منفی شبیهسازی می‌‌شوند. در ادامه مبحث موجبرها و چگونگی شبیهسازی آن‌ها در این ماژول با انجام مثال‌های مناسب بیان و روش تحلیل مد شرح داده میشود. برای تکمیل مبحث موجبرها یک مثال هم از کاربرد فیزیک Beam Envelope آورده شده است. در انتها این فرادرس با انجام یک مثال جذاب از شنل نامرئی‌کننده به منظور آشنایی با چگونگی اعمال ناهمسانگردی مواد اپتیکی به پایان می‌رسد.
فهرست سرفصل‌ها و رئوس مطالب مطرح شده در اين مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:
- درس یکم: آشنایی با ماژول Wave Optics
- معرفی Application Library و چگونگی استفاده از مثال‌های موجود در کتابخانه نرمافزار
- آشنایی با انواع ابعاد فضا (از صفر‌بعدی تا سهبعدی)
- آشنایی با فیزیک‌های موجود در ماژول Optics Wave و بررسی چگونگی انتخاب آن‌ها
- آشنایی با انواع Study در ماژول Wave Optics
- آشنایی با روند کار با ماژول Wave Optics و بخش‌های مختلف یک فایل
- درس دوم: آشنایی با حل مسائل با استفاده از شرایط مرزی دورهای
- بررسی تابش نور به فصل مشترک شیشه – هوا
- به دست آوردن زاویه حد و بروستر از روی نمودار بازتاب و مقایسه آن با روابط فرنل
- بررسی زاویه حد و بروستر
- انتخاب ابعاد فضا، فیزیک و Study و ورود به محیط نرمافزار
- ترسیم هندسه ساختار مورد نظر (یک لایه شیشه و یک لایه هوا)
- اختصاص ماده به ناحیههای ایجاد شده
- انتخاب و تعیین شرایط مرزی
- آشنایی با Periodic Port و چگونگی تعیین زاویه تابش
- بررسی Periodic Condition
- تعیین قطبش نور در حالت دوبعدی
- آشنایی با مش‌بندی توسط فیزیک (اتوماتیک)
- مرحله Study
- بررسی Study و تنظیمات آن و ایجاد یک Sweep بر روی زاویه تابش
- استخراج و تفسیر نتایج
- بررسی توزیع میدان‌ها
- ترسیم نمودارهای یک‌بعدی
- بازتاب، عبور و تفسیر فیزیکی آن‌ها
- ساخت یک انیمیشن از توزیع میدان متناسب با Sweep اعمال شده
- انجام شبیهسازی تحریک پلاسمون – پولاریتون‌های سطحی در هندسه کریشمن
- بررسی روش‌های تحریک پلاسمون – پولاریتون‌های سطحی و به ویژه روش تحریک منشوری
- انتخاب ابعاد فضا، فیزیک و Study و ورود به محیط نرمافزار
- ترسیم هندسه مد نظر
- اختصاص ماده به ناحیههای ایجاد شده (استفاده از کتابخانه نرمافزار)
- انتخاب شرایط مرزی دورهای
- تنظیمات Study و ایجاد Sweep بر روی زاویه تابش
- استخراج و تفسیر نتایج
- توزیع میدان‌ها
- ترسیم نمودارهای یک‌بعدی جذب و بازتاب بر حسب زاویه تابش و تفسیر فیزیکی آن‌ها برای بررسی تحریک پلاسمون‌ها و تطبیق آن‌ها با توزیع میدان
- ساخت یک انیمیشن از توزیع میدان متناسب با Sweep اعمال شده
- ارزیابی مثال انجام شده
- شبیهسازی پلاسمون‌ها بر روی یک توری پراش ساخته شده از نانو – نوارهای طلا
- بیان مساله، ترسیم هندسه یک سلول واحد از توری پراش
- اختصاص ماده به لایه‌های مختلف (استفاده از داده‌های تجربی به صورت تابع Interpolation)
- تعیین شرایط مرزی، تنظیمات حل
- بررسی نتایج (توزیع میدان، منحنی‌های جذب و بازتاب)
- شبیهسازی تابش نور از هوا به یک فراماده با ضریب شکست منفی
- بیان مساله، ترسیم هندسه
- اختصاص ماده به لایه‌های مختلف با استفاده از گذردهی الکتریکی و تراوایی مغناطیسی
- تعیین شرایط مرزی
- ایجاد Transition Boundary Condition
- تنظیمات حل
- بررسی نتایج (تفسیر توزیع میدان)
- درس سوم: شبیهسازی انتشار نور در انواع موجبرها
- شبیهسازی انتشار نور در یک تیغه تخت نازک
- بیان مساله
- ترسیم هندسه، اختصاص ماده
- شرایط مرزی شامل Numeric Port, Scattering Boundary Condition
- تنظیمات حل
- ایجاد Boundary Mode Analysis
- تحلیل نتایج
- بررسی انتشار نور در یک موجبر سیلیکونی قرار گرفته بر روی زیرلایه شیشه‌ای به صورت سهبعدی
- ترسیم هندسه سهبعدی موجبر مورد نظر
- آشنایی با شرایط مرزی و تنظیمات فیزیک و حل در حالت سهبعدی
- آشنایی با مش‌بندی در حالت سهبعدی (اتوماتیک و دستی)
- تحلیل نتایج در حالت سهبعدی
- S- پارامترها و توزیع میدان‌ها
- آشنایی با شناسایی مدهای یک ساختار موجبری با استفاده از آنالیز مدی
- بیان مساله، انتخاب فیزیک، ترسیم هندسه، اختصاص ماده با در نظر گرفتن پاشندگی (وابستگی ضریب شکست به طول موج)
- آشنایی با روش حل Mode Analysis و نحوه کارکردن با آن
- آشنایی با مفهوم ضریب شکست موثر
- ایجاد یک Sweep بر روی طول موج و ملزومات آن
- تحلیل نتایج با تکیه بر قسمت حقیقی و موهومی ضریب شکست موثر
- شبیهسازی انتشار نور در یک موجبر استوانه‌ای (میکرو‌فیبر)
- بررسی کاربرد هندسه با تقارن محوری
- آشنایی با ترسیم هندسه در حالت تقارن محوری
- آشنایی با کار با ابزار Polygon برای ترسیم هندسه
- ایجاد شرایط مرزی مورد نظر و تنظیمات Study
- تحلیل نتایج و چگونگی تبدیل نتایج دوبعدی به سهبعدی در حالت تقارن محوری
- شبیهسازی انتشار نور در یک تیغه تخت نازک
- درس چهارم: آشنایی با حل مساله با استفاده از فیزیک Beam Envelope
- شبیهسازی یک موجبر استوانه‌ای ساده با طول زیاد
- آشنایی با فیزیک Beam Envelope
- بیان مساله، ترسیم هندسه، اختصاص ماده
- ایجاد شرایط مرزی مناسب
- آشنایی با روش مش‌بندی در فیزیک Beam Envelope
- تحلیل نتایج
- شبیهسازی یک موجبر استوانه‌ای ساده با طول زیاد
- درس پنجم: حل یک مساله شنل نامرئی‌کننده (اعمال ناهمسانگردی مواد اپتیکی)
- حل یک مساله شنل نامرئی‌کننده
- بیان مساله شنل نامرئی‌ساز
- ایجاد هندسه
- آشنایی با ایجاد متغیرها
- اختصاص ماده به صورت تانسور دی‌الکتریک (ضریب گذردهی الکتریکی) و تراوایی مغناطیسی ناهمسانگرد
- چگونگی تابش نور بدون استفاده از Port
- ایجاد Perfectly Matched Layer) PML)
- بررسی نتایج و تحلیل توزیع میدان الکتریکی
- حل یک مساله شنل نامرئی‌کننده
مفید برای
- فیزیک
- مهندسی برق
- فوتونیک
پیش نیاز
آنچه در این آموزش خواهید دید:
نرم افزارهای مرتبط با آموزش
پیش نمایش‌ها
۱.
آشنایی با ماژول Wave Optics
۲.
آشنایی با حل مسائل با استفاده از شرایط مرزی دورهای
۳.
شبیهسازی انتشار نور در انواع موجبرها
مشاهده این پیش‌نمایش، نیازمند
عضویت و ورود به سایت (+)
است.
۴.
آشنایی با حل مساله با استفاده از فیزیک Beam Envelope
مشاهده این پیش‌نمایش، نیازمند
عضویت و ورود به سایت (+)
است.
۵.
حل یک مساله شنل نامرئی‌کننده (اعمال ناهمسانگردی مواد اپتیکی)
مشاهده این پیش‌نمایش، نیازمند
عضویت و ورود به سایت (+)
است.
آموزش‌های مرتبط با آموزش ماژول Wave Optics در نرم افزار کامسول COMSOL
راهنمای سفارش آموزش‌ها
.svg)
در مورد این آموزش یا نحوه تهیه آن سوالی دارید؟
- با شماره تلفن واحد مخاطبین ۵۷۹۱۶۰۰۰ (پیش شماره ۰۲۱) تماس بگیرید. - تمام ساعات اداری
- با ما مکاتبه ایمیلی داشته باشید (این لینک). - میانگین زمان پاسخ دهی: ۳۰ دقیقه
- ۱۰۰ درصد مبلغ پرداختی در حساب کاربری شما شارژ میشود.
- و یا ۷۰ درصد مبلغ پرداختی به حساب بانکی شما بازگشت داده میشود.
نظرات