Articles techniques et présentations

热光伏(Thermophotovoltaics, TPV)系统是一种结合了太阳能热发电技术和光伏发电技术的系统，它能够更高效地利用太阳光谱中的热能和光能。对TPV系统而言关键是要提升其转换效率，本工作采用COMSOL Multiphysics 6.0波动光学模块，开展了超材料发射体的结构与材料设计，得到高度的选择性发射光谱，从而提高TPV系统效率。 纳米金属结构的超材料发射体单元结构分为三层：上层是圆柱纳米金属结构，中间是介质层材料，底层是与中间层同样大小，有一定厚度的金属基板，如图1所示。我们探究了不同材料对辐射器发射性能的影响，其中金属包括W，Ta，Mo ... En savoir plus

高效光伏发电是以清洁能源实现未来碳中和的重要环节，然而太阳能电池在实地、连续昼夜切换的光谱下的发电效率并未得到充分优化。基于此类问题，我们提出一种使用COMSOL + MATLAB LiveLink预测全年候电池平均发电量、针对实际光谱优化电池结构的方法。 本模型涉及两个研究步骤。在研究1中，我们使用波动光学模块/数学pde计算晶硅太阳能电池中全波长下的二维光电场分布（图1(a)）及外量子转换效率，运用网格的映射大幅减少此步骤的计算时长，并使用sum + withsol的算子实现在半导体物理场中调用光学计算得出的总载流子生成率（图1(b)）。在研究2中 ... En savoir plus

亚波长/纳米尺度波导中的受激布里渊散射是近年来集成光学、纳米光子学、非线性光学、声子学等领域的热点问题。本报告详细介绍用Comsol Multiphysics软件对这类问题进行数值仿真的技术细节，主要内容包括：（1）采用波动光学模块计算光波导模式；（2）基于pde模块中的弱形式进行弹性波波导建模与计算；（3）声光耦合系数的数值积分计算。报告中将给出具体的数值算例，并对Comsol Multiphysics对处理这类问题的优势进行总结。 En savoir plus

基于光学零空间介质定向投影性质，提出了设计形状任意的角反射器的方法。设计过程中仅需对角反射器入射面和出射面形状进行设计，然后利用光学零空间介质进行填充哦，只要保证入射面和出射面上的点经过零空间介质投影后满足80度的反转对应关系，即可实现角反射器的效果。角反射器可以被设计为各种不同形状，比如超薄平板结构（厚度为波长的2/3），所有不同形状的角反射器都只需要一种均匀的各向同性材料（光学零空间介质）即可实现。借助于COMSOL波动光学模块对提出的角反射器的性质进行了验证和模拟分析。模拟结果表明，在宽入射角范围角反射器都具有很高的角反射效率。 En savoir plus

在大芯径增益光纤的制备过程中，稀土掺杂技术、拉丝工艺等因素会不可避免造成纤芯折射率分布在光纤横向与纵向上的随机波动。本项研究采用COMSOL®数值模拟方法，采用半解析和全数值计算方法，探索光纤纤芯折射率随机波动对于大芯径光子晶体光纤模式空间特征的影响。我们采用二维随机分布模拟纤芯折射率的起伏，使用COMSOL®波动光学模块中对大芯径光子晶体光纤模型进行模式分析。模拟结果表明光纤模式空间分布受折射率非均匀的随机分布影响，在一定条件下发生畸变，将严重影响传输光场的光束质量。本研究的部分结果对改善光纤的制备工艺方向具有一定指导意义。 En savoir plus

辐射定向性与辐射的方向性是两个衡量纳米天线性能的重要指标。目前，大量的研究者将精力投入在设计具有超高辐射定向性的纳米天线，或者易于调节辐射方向性的纳米天线研究之中。但是，具有侧向散射能力的纳米天线其定向性不一定好，具有较高定向性的纳米天线很难实现方向的偏转。因此，在一个纳米天线上同时实现天线辐射的超高定向性与天线辐射易于调节的方向性一直是天线设计者所追求的目标。 我们使用COMSOL波动光学模块仿真纳米天线，并应用了案例库中（Application ID: 31901）中的案例文件，定性地分析了全介质纳米天线中的不同电、磁模式 ... En savoir plus

探地雷达作为无损检测方法，在路面病害检测中已经得到越来越多的应用，但是由于路面内存在大量空隙，而这些空隙如何影响病害的识别不得而知。该模拟主要解决使用探地雷达进行路面内病害检测时，电磁波在随机空隙分布路面内的传播状况分析。模型设置中，首先用矩形代替路段，然后通过编程产生随机圆形，使圆形分布在矩形内并控制其总面积并将圆形统一到一个并集，做差集将圆形从矩形中减去；分别赋予圆形并集和矩形差集不同的材料参数。在研究中应用波动光学模块中的电磁波瞬态，将整个模型置于波动方程中，并对模型外边界采用散射边界条件，其中上边界的散射边界条件给予入射电场以产生电磁波 ... En savoir plus

由于能源的消耗，太阳能电池越来越受到人们的关注。然而，作为商业中主要应用的晶硅太阳能电池存在表面入射光反射以及无法吸近红外光的性质限制了晶硅太阳能电池效率的进一步提高。因此，我们设计了一种内嵌二维光子晶体纳米圆锥的频率上转换超薄晶体硅太阳能电池，其中铒镱共掺氟化钇钠(NaYF4:Er3+/Yb3+)上转换层夹在Ag背反射层和活性层中间，利用COMSOL Multiphysics ®中波动光学模块系统的研究了具有不同结构和电介质填充材料纳米圆锥阵列对频率上转换晶硅太阳能电池陷光增效的影响。利用周期性边界条件及有限元的思想构建了电池计算单元，在300-1150 nm ... En savoir plus

空芯光纤因空气芯的存在，理论上具备极低的光学非线性、色散与极高的损伤阈值，同时能够大大减弱了光纤材料吸收的影响，适合极端波长、大功率激光以及超短脉冲传输，在光通信、传感、微加工以及气体非线性研究等领域具有极大潜力。其中，反谐振空芯光纤因其简单有效的结构设计及低损宽带传输的特点而备受关注。这里我们利用COMSOL的波动光学模块对其进行若干数值仿真来研究针对此类具有大芯径-波长比和稀疏精细结构微结构空芯光纤的网格划分策略，并基于此进一步研究了反谐振空芯光纤的结构参数对其泄漏损耗以及材料吸收所引发的材料损耗的影响。我们通过对空气 ... En savoir plus

由于能源的消耗，太阳能电池越来越受到人们的关注。然而，作为商业中主要应用的晶硅太阳能电池存在表面入射光反射以及无法吸近红外光的性质限制了晶硅太阳能电池效率的进一步提高。因此，我们设计了一种表面具有掺铒氟化钇钠(NaYF4:Er3+)上转换纳米球阵列的超薄晶体硅太阳能电池。利用COMSOL Multiphysics ®中波动光学模块系统的研究了具有不同尺寸和间距纳米球的晶硅太阳能电池的陷光性能。利用周期性边界条件及有限元的思想构建了电池计算单元，在300-1150 nm 入射光范围内计算了模型的光反射及透射，从而得出了电池的光吸收。结果表明，在纳米球最佳直径及间距时 ... En savoir plus