JCMsuite

JCMwave Gmb

유형	사기업
산업	컴퓨터 소프트웨어
설립됨	독일 베를린(2001)
본부	독일 베를린
상품들	JCMsuite
웹사이트	jcmwave.com

JCMsuite

개발자	JCMwave Gmbh
안정적 해제	5.0.0 / 2022년 1월 3일; 29일 전(2022-01-03)
운영 체제	Windows, Linux
유형	컴퓨터 보조공학 유한요소해석
면허증	소유권 EULA
웹사이트	jcmwave.com/jcmsuite

JCMsuite는 전자파, 탄성 및 열전도의 시뮬레이션 및 분석을 위한 유한 요소 분석 소프트웨어 패키지다. 그것은 또한 광학, 열전도 및 연속역학 용해기 사이의 상호 결합을 가능하게 한다. 이 소프트웨어는 주로 나노기술 및 미세광학 시스템의 분석과 최적화에 적용된다. 연구개발 프로젝트에서 응용되는 것은 치수계측시스템,^[1][2][3] 광석학시스템,^[4] 광결정섬유,^[5][6][7] VCSEL,^[8] 퀀텀닷 방출기,^[9] 태양전지의 빛트랩,^[10] 플라스모닉시스템 등이다.^[11] 설계 작업은 고급 스크립팅 언어인 MATLAB와 Python에 내장되어 매개변수 종속 문제를 정의하거나 매개변수 검색을 실행하기 위해 설계 설정의 스크립팅을 가능하게 한다.

문제 클래스

JCMsuite는 다양한 물리적 모델(문제 클래스)을 처리할 수 있다.

광학 산란

산란 문제는 물체의 굴절률 기하학이 주어지는 문제인데, (아마도) 내부 선원은 물론 입사파가 알려져 있고 반사, 굴절, 확산 파동의 측면에서 구조물의 반응을 계산해야 한다. 이 시스템은 시간 조화 맥스웰 방정식으로 설명된다.

${\displaystyle \nabla \times \mu ^-1}\nabla \times \mathbf {E} -\omega ^{2}\epsilon \mathbf {E} =-i\omega \mathbf {J}}}}}}}$

${\displaystyle \mathrm{\nabla }}$ ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle \mathrm{ϵ}}$ E${\displaystyle }$= 0 ${\displaystyle \nabla \cdot \epsilon \mathbf {E}$ =$0}$.

지정된 소스 $J{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\$}($$전류 밀도, 전기 쌍극자 등) 및 인시던트 필드. 산란 문제에서는 산란 대상의 필드 외부를 발생원과 산란 영역의 중첩으로 간주한다. 산란된 장은 물체로부터 멀어지기 때문에 계산 영역의 경계에서 방사선 조건을 만족시켜야 한다. 경계에서의 반사를 피하기 위해 완벽하게 일치하는 층(PML)의 수학적 엄격한 방법에 의해 모델링된다.

광학 도파관 설계

도파관(daveguide)은 하나의 공간 차원(예: z-방향)에서 불변성이며 다른 두 차원에서는 임의로 구조된 구조물이다. 도파관 모드를 계산하기 위해 맥스웰의 컬-커럴 방정식은 다음과 같은 형태로 해결된다.

${\displaystyle \nabla \times \mu ^{-1}\nabla \times \mathbf {E} =\epsilon \omega ^{2}\mathbf {E}}}}}$

${\displaystyle \mathbf {E} =\mathbf {E}(x,y)e^{ik_{z}z}.}$

문제의 대칭성 때문에 전기장 $E{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\$은(는) 가로면 위치 및 위상 인자에 따라$$ 필드 $E{\displaystyle \mathbf{}}$ (${\displaystyle }$x${\displaystyle }$, ${\displaystyle y}$) ${\displaystyle \mathbf {E}(x,y)$의 곱으로 표현할 수 있다$$. 투과성, 허용성 및 주파수를 고려하여 JCMsuite는 전기장 $E{\displaystyle \mathbf{}(x}$, ${\displaystyle y}$) ${\displaystyle \mathbf {E}(x,y)}$과 해당 전파 상수(와이벤넘버) $k{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle z_{}}$ ${\$ JCMsuite는 자기장 $H{\displaystyle \mathbf{}(x,}$ $y$$)$에 해당하는 제형을 해결한다.$스타일 \mathbf {H}(x,y$ 원통형 및 트위스트 좌표계에서의 모드 계산으로 섬유 휨 효과를 계산할 수 있다.

광학 공명

공명 문제는 공명 물체의 굴절률 기하학이 주어지는 1D, 2D 또는 3D의 문제로, 각도 주파수 $\Omega {\displaystyle }$ ${\디스플레이$ 스타일 $\omega }$ 및 해당$$ 공명장을 계산해야 한다. 사고파나 내부 소스는 존재하지 않는다. JCMsuite는 시간 조화 맥스웰의 컬-커럴 방정식을 충족하는 $E{\displaystyle \mathbf{}}$$$ ${\${$E$$}$ 및$$$\Omega {\displaystyle }$ ${\$$displaystyle \omega},$ 또는$$ $H$ ${\\displaystyle \mote}$ 쌍을 결정한다(예:

${\displaystyle \nabla \times \mu ^{-1}\nabla \times \mathbf {E} =\epsilon \omega ^{2}\mathbf {E}}}}}$

${\displaystyle \mathrm{\nabla }}$ ${\displaystyle \cdot }$ ${\displaystyle \mathrm{ϵ}}$ E${\displaystyle }$= 0 ${\displaystyle \nabla \cdot \epsilon \mathbf {E}$ =$0}$.

$E$ ${\$및 $\Omega {\displaystyle }$ ${\displaystyle \omega }$ 쌍$.$

대표적인 애플리케이션은 공동 모드(예: 반도체 레이저), 플라스모닉 모드 및 광결정 밴드 구조의 연산이다.

열전도

전자기장의 오미크 손실은 난방을 유발할 수 있으며, 이는 물체 위로 분산되어 구조물의 굴절률을 변화시킨다. 차체의$$ 온도 분포 $T{\displaystyle }$ ${\displaystyle T}$은 열 방정식에 의해 제어된다.

$\displaystyle \partial _{t}\left(c\rho T\right)=\nabla \cdot k\nabla T+q}$

여기서 $c{\displaystyle }$ ${\displaystyle c}$은(는) 특정 열 용량이고, $\rho {\displaystyle }$ ${\displaystyle \rho}$은(는) 질량 밀도, $k{\displaystyle }$ ${\displaystyle k}$은(는) 열원 밀도, $q{\displaystyle }$ ${\displaystyle q}$은(는)이다. 열원 밀도 $q{\displaystyle }$ ${\displaystyle q}$ JCMsuite가$$ 온도 분포 $T{\displaystyle }$. ${\displaystyle T.}$ 체내 열$$ 대류 또는 열 복사는 지원되지 않는다. 온도 프로파일은 선형 순서까지 굴절률의 온도 의존성을 설명하기 위해 광학 연산에 대한 입력으로 사용될 수 있다.

선형 탄력성

옴손실로 인한 가열은 열팽창을 통해 기계적 응력을 유발할 수 있다. 이것은 광학적 효과에 따라 광학적 소자의 양면성을 변화시키므로 광학적 거동에 영향을 미칠 수 있다. JCMsuite는 연속체 역학의 선형 문제를 해결할 수 있다. 선형 탄성을 지배하는 방정식은 탄성 에너지에 대한 최소 원리에서 따른다.

${\displaystyle \int _{\Oomega }\epsilon _{ij}C_{ijkl}\epsilon _{kl}^{\text{init}\i}F_{i}\오른쪽 화살표 \min ,}$

고정 또는 자유 변위 경계 조건에 따라 The quantities are the stiffness tensor ${\displaystyle C_{ijkl}}$, the linear strain ${\displaystyle \epsilon _{ij}}$, the prescribed initial strain ${\displaystyle \epsilon _{ij}^{\text{init}}}$, the displacement ${\displaystyle u_{i}}$ (due to thermal expansion), and the p다시 규정된 힘 ${\displaystyle F_{}}$ i ${\$ The linear strain ${\displaystyle \epsilon _{ij}}$ relates to the displacement ${\displaystyle u_{i}}$ by ${\displaystyle \epsilon _{ij}={\frac {1}{2}}\left(\partial _{i}u_{j}+\partial _{j}u_{i}\right)}$. 계산된 스트레인은 굴절률의 응력 의존성을 설명하기 위해 광학 계산에 대한 입력으로 사용될 수 있다. 스트레스와 스트레인은 영의 계수에 의해 연관된다.

수치법

JCMsuite는 유한요소법에 의존한다. 수치 이행에 관한 세부사항은 예를 들어 다양한 기고문에 게재되었다.^[12] 방법의 성과를 다양한 벤치마크에서 대체 방법과 비교하였다.^[13][14] 달성 가능한 높은 수치 정확도로 인해 JCMsuite는 분석(대략) 방법으로 얻은 결과에 대한 참조로 사용되었다.^[15][11]

참조