使用COMSOL进行光子晶体光纤数值模拟研究

"本文档是一篇关于光子晶体光纤数值模拟的硕士论文，作者李书婷在西北大学攻读光学硕士学位时完成，由李小俊教授指导。论文主要探讨了如何使用COMSOL Multiphysics软件进行光子晶体光纤的数值分析模拟，旨在提供一种通用且简便的研究方法。" 光子晶体光纤（PCF）是一种新型光纤，与传统光纤相比，它具有独特的性质，如无截止单模传输、可调色散、高双折射、偏振控制以及大有效面积或小有效面积下的单模运行和高非线性效应。这些特性使得光子晶体光纤在光通信、光传感、非线性光学和量子信息等领域有着广泛的应用前景。 在光子晶体光纤的研究中，数值模拟是一种重要的分析手段。论文作者通过对时域有限差分法（FDTD）和有限元方法的实践，提出了一套使用COMSOL Multiphysics软件进行光子晶体光纤数值模拟的简单步骤。COMSOL Multiphysics是一款强大的多物理场仿真软件，能处理复杂的结构和物理现象，非常适合于光子晶体光纤的复杂几何结构和光学性质的模拟。 论文首先详细介绍了光子晶体光纤的基础知识和现有的理论研究方法，对比了各种方法的优缺点。然后，作者重点阐述了利用COMSOL Multiphysics进行数值模拟的具体步骤，包括模型建立、边界条件设定、求解过程和后处理分析。通过计算空气孔呈三角形和正方形排列的光子晶体光纤的特性参数，论文展示了这种方法的适用性和灵活性，并对这两种排列进行了比较。 此外，论文还利用该方法计算了类矩形芯光子晶体光纤的偏振特性，进一步证明了该数值模拟方法的有效性。这些计算结果不仅验证了方法的可行性，也为后续的光子晶体光纤研究提供了理论基础和参考数据。 关键词：光子晶体光纤；有限元法；COMSOL Multiphysics；数值模拟 这篇论文为光子晶体光纤的研究者提供了一个实用的工具，使得他们无需深入了解复杂的理论知识，也能通过作者提供的步骤进行数值模拟，从而推动光子晶体光纤技术的发展和应用。