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COMSOL中周期性边界条件的应用 | |
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在将真实的物理问题转化为仿真模型时,为了通过有限的计算资源获得尽可能高的计算精度,模型简化是必要的。模型简化的前提是所模拟的物理问题具有结构、材料属性及边界条件的对称性或均匀性,以此为基础,可通过特定的方程及边界条件建立模型,例如降维方程,镜像/周期性/旋转对称边界条件,或根据工程经验将某些计算域简化为边界等等。
当处理空间或时间上具有周期性的物理问题时,采用周期性边界条件(Periodic/Cyclic Condition),可将复杂结构的模拟简化为周期单元,在不失精确度的前提下,大大降低计算量。
COMSOL提供的周期性边界条件包括四种类型:
(1)连续性周期边界(Continuity),指在源和目标边界上的场值相等;
(2)反对称周期边界(Antiperiodicity),源和目标边界上场值符号相反;
(3)弗洛奎特周期性边界(Floquet periodicity),源和目标边界上场值相差一个位相因子,位相因子由波矢和边界相对距离确定。Continuity和Antiperiodicity边界可以认为是Floquet periodicity边界在位相分别为0和π情况下的两个特例。
(4)循环对称性边界(Cyclic Symmetry),源和目标边界上场值相差一个位相因子,位相因子由计算域所对应的扇形角和角向模式数决定。
以下是几个典型应用:
1.微纳光学领域内的光子晶体(Photonic Crystal)、表面等离子体激元(Surface Plasmon)阵列结构及超材料(Metamaterial),这几种结构均由空间上周期性重复的散射体构成,当计算透射率及能带结构时,常常可采用Floquet perioidcity边界将结构简化。 (图片) (图片) (图片) (图片) (图片) | |
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