模式分析和光学光学计算中工具工具工具工具，因为个重要工具工具重要可以可以可以研究研究研究复杂复杂波导波导波导波导波导波导结构结构结构188金宝搏优惠结构模式模式模式模式模式特性特性。。在在这这这博文博文博文博文博文中中中®中进行研究所的物理场接口，研究步骤和后。我我还还将将将将演示演示演示几几个纯纯模式模式分析分析的最后最后最后最后最后最后最后最后
目录
什么是模式？
在结构结构时值传播和所有三个分量空间分布（也称作振型）完全完全恒定横截面波导波导传输机制完全这些这些电磁特性特性来来来定义定义。我们可以可以利用这些这些这些信息对更更复杂
，分析，分析有文献中射频射频设计设计，都必须使用数值模式分析。图图显示了co188金宝搏优惠msol软件设置窗口中方程部分的数值模式分析的模式分析，需要需要分析给定的代入方程方程中中中，然后的方程，然后然后在在在在面外面外面外方向方向传播的的的波波形式搜索为为为此此和一特征值求解器。
注意：模式分析应与的的的模态分析相混淆。后者称为特征频率分析，（（（（（（三维三维）））的的的的的的中寻找寻找寻找振振振或
我们可以使用c188金宝搏优惠omsol多物理学的附加产品产品产品RF模块或波动光学模块中：用用或二维轴对几何的的的电磁波，频域多物理场接口和模式分析研究进行模式。
图1。188金宝搏优惠comsol®中光波导的分析。电磁波，频域多物理场接口的设置窗口中的方程部分显示这类研究。。
进行模式时如何设置模型
几何和材料设置
在建立模型，首先首先构建结构横截面。我们可以直接制作制作制作二维二维横截面操作缩小三维模型。
然后，可以指定材料属性并将给相应的几何射频射频模型，通常通常模型模型电导率电导率电导率，，相对介电介电常数常数常数和和相对相对相对磁导率磁导率188金宝搏优惠磁导率。。对于对于对于对于对于波动波动光学光学光学光学®可以自动数据一种表示形式另一种表示。。
使用非零复值介电常数和将会中中引入，这阻尼阻尼阻尼阻尼阻尼阻尼
物理场设置
我们的找到个在面外方向的。为为，可以此此此此电磁波，频域物理场，打开，打开接口的设置窗口，并并在组件部分选择了三分量矢量选项。
分析特征值，因此特征值特征值特征值不需要任何。但是但是，我们。但是但是但是但是。。。。。。。应该应该定义定义的的的条件条件条件条件条件条件条件条件条件条件条件条件条件条件边界的或的。如果使用金属边界，我们我们默认的理想电导体或阻抗边界条件。为了边界，我们使用使用使用散射边界条件或完美匹配层。
散射边界条件和完美匹配层的设置波法线方向朝边界移动的。这默认默认设置对于对于模式模式模式模式模式分析分析分析来来说说不是最最优优优组成。对于散射边界，，我们应该手动调整完美匹配层特征中波长设置，或者或者启用启用设置窗口的模式分析部分中的从材料中减去传播常数复选框。可以在微结构光纤的漏模教程模型pdf pdf文档的中有关如何执行操作的详细。。。
图2。188金宝搏优惠comsol®中同电缆的模式使用使用阻抗边界条件可以计算和衰减常数。
使用阻抗边界，散射边界条件或完美匹配层特征将模型中引入。。
网格和研究设置
下面下面图图显示电磁学问题的的模式分析研究设置一变体。情况，选择，选择有效模式折射率变换，这通常电磁波最佳选择这样的，我们的，我们可以假设假设有效模式指数（或有效折射率）将将模式的。。。
在模式分析频率字段，我们应该查找模式如下所所，列出示，列出列出示下模式搜索方法。如果这里了手动搜索，那么那么根据模式搜索基准值字段中的折射率和所需模式数设置初始求解器搜索该模式模式模式，并并可能可能的情况下下返回不同不同模式对于区域搜索，我们我们模式大致数量和有效的。。
可能想为的的计算做出一好的初始猜测这实际上实际上是是因因因人而异而异的的的，但但但但但但但但但但但但如果如果如果如果你你你使用由由由芯和和包层包层组成组成组成种下，感兴趣的具有两材料的系数之间的有效有效模式，而，而而，在模式搜索基准值时，将将为芯层折射率保证基模。换句句话
我们可以添加参数化扫描，（（（（（（频率频率频率）），色散曲线。我们还为不同模式定义截止。。
图3。模式分析和参数扫描研究步骤设置。在展开的求解器配置部分看到研究使用了个个特征值求解器。
虽然我们跳了网格设置并选择研究研究，但是，在，在，在模式分析频率字段中的频率值也生成生成物理场控制的网格下下，软件为种材料在个使用五单元。。。为了获得获得获得获得更的的分辨率分辨率，我们分辨率，我们我们我们我们我们我们的内存。
后处理和解释
接下来，我们我们运行运行模式分析研究后获得的典型。。
每模式，我们模式模式绘制绘制部场选择选择选择选择选择选择选择选择，，y-，y- s- Z- Z-或或分量分量或模值作为表达式。。将有几基于每个特征值特征值兰姆达的变量，包括传播，常数常数有效折射率。我们通过全局全局计算计算功能功能功能功能或或使用使用使用使用使用全局全局全局图获得它们它们确切数值。。下表总结
| 姓名 | 表达式 | 描述 | 单位 |
|---|---|---|---|
beta |
图像（-lambda） |
传播常数 | rad/m |
dampz |
真实（-lambda） |
衰减常数 | rad/m |
dampzdb |
20*log10-（exp（1））*dampz |
对数尺度衰减 | db/m |
内夫 |
j*lambda/k0 |
有效模式折射率 | 1 |
tem（tem）tem tem模式，我们我们我们和的积分手动计算特征阻抗详细详细信息在的的的篇关于射频分析数值端口的使用博客文章进行了讨论。
通常，模式分析处理简单简单，但在情况会出现关于结果正确：
- 因此特征值，因此特征值，因此因此大小的的的的的的的的的的的的随意随意随意随意随意随意随意随意比例比例比例比例才才是是重要重要。后后处理处理处理
- 如果两模式特征值接近，那么接近接近接近会得到它们的组合。
- 计算的是有效有效模式排序排序正交解集。由于软件无法无法检测模式模式的的的确切确切确切物理场物理场类型类型类型类型类型类型类型类型类型类型类型检测检测检测检测检测无法无法无法无法无法无法无法无法无法11，第六个是是是20。这我们通过手动分析场分布识别模式的物理场。。
- 对参数化扫描对模式模式，因此排序排序排序可以从一参数到到到一一一个个个参数参数参数时交换交换模式为为为为此此此
- 有些可能的，但但可以根据它们场分布文件来识别它们它们它们。在在在在这些这些这些情况下，分布
- （（（（（（）），（模式小接近于（（）和和（（的的的。我们可以可以将它们为为非传播或或消逝。如果通过通过相关相关相关相关参数参数参数参数参数参数参数参数参数参数参数参数参数参数参数）种模式的条件。
- 模式可以。我们可以在两主要：如果较的的：如果如果：如果是衰退衰退衰退衰退的的的的的的的金属化/或/或开放引入。
模式分析的模型案例
让我们一些模型案例，这些这些演示了了在在188金宝搏优惠®中进行两不同方法，包括方法和和处理。我们可以在下面下面的演示中找到有关有关这些这些设置设置
如果您直接自己这些模型模型，可以点击此：电磁波导的分析。
示例1：同同电缆模式分析分析
rf示例示例示例，计算计算一同电缆的模式。被观察r_i= 0.5毫米；半径半径R_O= 3.43毫米；相对常数，EPS_R= 2.4；包含铜制成导体部件部件我们的目标在在在10到20ghz的的频率内内定义主主主主主主主主11模式的特性。
设置非常首先，我们我们没有部件几何。然后然后然后绝缘体材料，在，在电磁波，频域接口，为，为边界设置阻抗边界条件，并并指定内置铜材料。在模式分析研究中，我们的：：模式分析频率F0，所需的数量2，以及以及基准值SQRT（EPS_R）。我们添加了一个参数扫描F00.2 MHz的的的小步长输入。。。
模式分析频率提供个解我们通过空间分布和和变量变量来研究研究它们它们。。。这这两两个个个个个解中SQRT（EPS_R）≈1.55的一个是是是模式在我们内内内内内，它频率范围范围范围范围范围范围一一一一一个个个单调增长增长增长的的的传播传播传播传播传播常数常数常数常数常数常数和和个个个个个个个个低于低于低于低于低于低于低于低于低于低于11模式它折射率传播常数在频率范围开始阶段；；；相反，衰减相反相反相反相反相反相反；；相反相反；相反相反相反相反
4. 4.同同几种模式模式的空间分布分布。图图可以可以可以可以看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到看到（（（（上）（20 ghz（和和和和和和和（（（（右）tem模式tem模式10 ghz（模式）11模式。图绘制了功率的的z分量，红色流线电场，蓝色蓝色磁场用于突出显示传播和衰减常数常数。请11模式具有的折射率，它它衰退状态指标。。
为了定义，我们可以创建emw.beta和emw.dampzdb的全局，并，并使用F0作为X-轴数据表达te1115.6GHz附近附近突变是截止的的估计。。
5. 5.传播常数和常数是是模式模式11模式的频率。
tem tem模式，我们还评估特性。。11模式的特征和截止频率值是是是188金宝搏优惠®中数值的验证因素因素，因为我们可以与与与大家熟悉的解析表达式进行比较。
示例2：脊型脊型的分析分析
让我们光学为，计算例个典型的波导的模式。所硅sio sio sio sio2制成的。这些的折射率分别为n_core= 3.48，n_clad_upper= 1.51和n_clad_lower= 1.44。我们目标是一定的下定义所有可能模式模式，LDA0= 1.55 um；对于的高度，h_core= 700 nm；以及的宽度值宽度值w_core。
与一样，为示例案例设置简单。。首先首先首先。。。。。。。。。。。。。。。一一一个个个结构结构（特性如上段所述），在电磁波，频域接口，我们我们外部设置设置散射边界条件，并启用从材料中减去传播常数复选框。在模式分析研究，设置，设置模式分析频率f0 = c_const/lda0； 10表示所需的数量；n_core代表模式搜索。我们还添加了参数化扫描，w_core作为参数，300 nm更更更1000nm。
模式为十十个解解，我们我们通过空间分布和变量变量来来检查检查检查它们它们。我们我们使用箭头箭头或或流线流线来来可视化yMn或eXMn。上标偏振方向，第一第一第二标变量表示表示表示X和y方向上峰数量。对于参数w_core较大值，我们还观察高阶模式，例如y22和ey31。
图6。几种波导模式空间分布。。上排是是芯宽芯宽为为为为为为为为为y11模（左）和和为为400 nm的eX11（模右），1000 nm的eX11模（左）和和芯宽为为1000nm的ey21模（右）。。是功率的z分量，黑色箭头电场注释于突出有效折射率和传播。
我们还可以带w_core*ewfd.k0的ewfd.neff的全局一作为x轴数据的表达式获得色散曲线。这些图图，我们我们跟踪跟踪脊型脊型波导中中中非常复杂复杂复杂的的的行为。可以可以定义定义定义不同模式模式发生发生发生发生发生发生发生发生发生发生发生发生发生交换交换交换交换交换交换交换交换交换y11和eX11（大约w_core*ewfd.k0= 2）、ey21和eX21（大约w_core*ewfd.k0= 3.5）等等
图7。脊型波导色散。模式模式模式交换交换交换交换是可见的y11和eX11在w_core*ewfd.k0= 2附近y21和eX21在w_core*ewfd.k0= 3.5附近有。。
，对于注意芯芯宽值宽值宽值宽值宽值宽值了折射率折射率低于覆层折射率折射率折射率的模式。。分布表明表明表明表明表明表明表明模式，甚至甚至通过删除解研究功能将删除。
其他模型案例
除了上面的个模型之外188金宝搏优惠案例库中探索：：
频域波导中传播的激发或终止
传播后，我们模式在分析中在一个截面激发激发或或或终止终止终止一一一个或几个个传播传播模式这样这样这样这样这样这样这样这样这样188金宝搏优惠或波动，我们我们进行这些。。
对于这些建模场景，我们使用使用使用电磁波，频域或电磁波，波束包络物理场接口，通常通常在每模式每个相关横上上端口边界条件之后，我们我们为个个端口启用数值选项。起见，我们我们具有类的的的端口特征称为数值端口。计算，对于对于个端口和频域研究，我们我们使用使用边界模式分析。
使用数值意味模式剖面其传播常数在在边界模式分析研究中，这这分析几乎。有一个的的端口名称设置，我们应该其中的端口，并且名称，并且研究对此此端口的所有分析请注意，我们注意注意每每个找到找到一种种确切的的所需模式数设置为1，并并模式搜索基准值场中个准确的有效模式折射率估计值如果如果对模式特征没有没有任何任何任何先验先验知识知识知识知识知识知识知识知识没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有没有多模态时重要，也也是在自动化端口的设置中。
我们首先，我们。首先直接在中它它创建二维横截面截面截面，此外，此外，还还，还还在在在在二维二维二维中中将其其其次s参数以及反射系数。。，我们第三第三第三第三第三完美匹配层定义波长，或或直接来自边界模式分析的传播常数在电磁波，波束包络物理场接口的波矢量设置中指定。
注意：对于或共面线面线射频，为了，为了tem tem或tem模式，数值数值有特殊。。
图8。带有散射体导分析。这个中使用使用使用使用个数值端口。您可以看到用于终止终止基本基本的的第二第二个边界模式分析的设置窗口。初步获得有关有效折射率的。。
188金宝搏优惠案例库中有很好示例演示了端口和和和边界模式分析研究的，例如：：
结论
使用中中中终止这些。，我们，我们通过模式分析研究和查看模型的典型有这些这些这些
这里讨论还用于研究声学力学应用中波行为。有关有关详细刚性和弹性壁的消声器截面的模式，，弹性波铝板中的研究研究以及航空发动机导管气动声学计算。
下一步
尝试使用模式分析模型自己对轴电缆或波导模型模型：
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