Nonlinear Maxwell Equations
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1 导 论
一个多世纪以前,麦克斯韦建立了经典电磁理论,证明光是一种电磁波,由此产生了光的电磁理论。光和电的统一加速了光学和整个物理学的发展。
在激光器发明之前,描述光学现象的重要公式在数学上常表现出“线性”的特点。描述光波在介质中的传播及光波与物质的相互作用用宏观麦克斯韦(Maxwell)方程组,这是一组线性微分方程组,即只含场强矢量的一次方项:
tDjH, D,
tBE, 0B。
在讨论光波场与物质的相互作用时,常引入一个重要的物理量——极化强度矢量P,并且假定它与入射光场场强E成线性关系:
P=E ,
式中为线性极化率,并且有关系式:
n2=。由此,人们成功地解释了光波的折射、散射、双折射,及干涉、衍射等现象。根据这样的理论假设,可以推断: 2 单一频率的光波入射到非吸收的透明介质中时,其频率不会发生任何变化; 不同频率的光波同时入射到介质中时,彼此间不会发生相互耦合,也不会产生新频率的光波; 同时,折射率和吸收系数等介质的光学参数也与入射光强无关。这些推断为传统的光学实验普遍证实,并成为人们的常识。但是,自从年第一台激光器发明之后,上述假设开始发生了根本性的动摇。从年发现二次谐波辐射后,在四十多年的时间里,非线性光学经历了几个发展阶段,开始形成为光学的一门分支学科。并且,就其涉及的范围和在技术上的应用及其潜在的理论和应用的发展来看,非线性光学已经大大超越了传统的线性光学。
1961年至1965年可以说是非线性光学的创立时期。
年弗兰肯Franken等人将红宝石激光聚焦到石英晶体上,观察到红宝石激光的二次谐波辐射。
这种非线性光学效应的唯象描述是将介质中感应的极化强度P展开为外场E的幂级数形式:
P = E E2 E3 „„式中第一项的是线性极化率,描述线性光学特性。Franken等人的实验证实了存在二阶项。 3 同年,凯泽(Kaiser)和加勒特(Garrett)观察到激光辐射的双光子吸收,这是一种三阶非线性光学效应。
Maxwell 2D 退磁模擬操作流程
1. 溫度場退磁模擬:
N42SH不同溫度下退磁曲線
以稀土永磁材料N42SH為例,退磁曲線會因溫度的不同而變化,在Maxwell 2D中材料輸入其對應溫度的退磁曲線,依照需求選取不同溫度的退磁曲線進行分析即可得知在此溫度下電機性質的變化。
於材料庫中將永磁材料相對磁導率改為非線性,輸入B-H Curve 由材料庫編輯永磁材料在Relative Permeability中Type選擇Nonlinear輸入非線性B-H曲線。下圖為以180度C的退磁曲線為例,拐點約為0.6Tesla。
N42SH於180攝氏度的退磁曲線輸入
將模型中材料指定為欲分析溫度的B-H Curve
進行反電動勢模擬可得三相反電動勢為
磁通密度分布為
比對60攝氏度的結果
磁通密度分布為
可看出在高溫下電機的反電動勢下降,由beiT可知額定輸出亦會降低。
2. 負載電流於Iq=0時的動態退磁:
在模擬負載電流的動態退磁時,需施加最大去磁電流(短路電流or啟動電流or額定電流)於電樞繞組中,內功率因數角為90度,輸入電流與空載反電動勢相差90度。
三相電流激勵輸入
將初始位置設定為反電動勢為零點,三相輸入電流內功率角90度
PhaseA: inI*Sin(2*360deg* frequency*time+90deg)
PhaseB: inI*Sin(2*360deg* frequency *time+90deg-120deg) PhaseC: inI*Sin(2*360deg* frequency *time+90deg-240deg)
退磁動態模擬
在Analysis的setup選取Advanced勾選Demagnetization Option中的Nonlinear
B-H Curve與Compute Data For Link的Dynamic demagnetization distribution將退磁模擬後的數據傳遞至其他專案供使用。
光纤通信中常用英文缩写Acronyms
ac alternating current 交变电流交流
AM amplitude modulation 幅度调制
AON all-optical network 全光网络
APD avalanche photodiode 雪崩二极管
ASE amplified spontaneous emission 放大自发辐射 ASK amplitudeshift keying 幅移键控
ATM asynchronous transfer mode 异步转移模式 BER biterror rate 误码率
BH buriedheterostructure 掩埋异质结 BPF bandpass filter 带通滤波器
C3 cleaved-coupled cavity 解理耦合腔 CATV commonantennacabletelevision 有线电视 CDM codedivision multiplexing 码分复用 CNR carriertonoise ratio 载噪比
CSO Composite second order 复合二阶
CPFSK continuous-phase frequency-shift keying 连续相位频移键控 CVD chemical vapour deposition 化学汽相沉积
CW continuous wave 连续波
DBR distributed Bragg reflector 分布布拉格反射
DFB distributed feedback 分布反馈
dc direct current 直流
DCF dispersion compensating fiber 色散补偿光纤
DSF dispersion shift fiber 色散位移光纤
DIP dual inline package 双列直插
DPSK differential phase-shift keying 差分相移键控
FundamentalsofPhotonicCrystalGuiding
Ifyou’relookingtounderstandphotoniccrystals,thissystematic,rigorous,andpeda-
gogicalintroductionisamust.Hereyou’llfindintuitiveanalyticalandsemi-analytical
modelsappliedtocomplexandpracticallyrelevantphotoniccrystalstructures.Youwill
alsobeshownhowtousevariousanalyticalmethodsborrowedfromquantummechanics,
suchasperturbationtheory,asymptoticanalysis,andgrouptheory,toinvestigatemany
ofthelimitingpropertiesofphotoniccrystals,whichareotherwisedifficulttorationalize
usingonlynumericalsimulations.
Anintroductoryreviewofnonlinearguidinginphotoniclatticesisalsopresented,
asarethefabricationandapplicationofphotoniccrystals.Inaddition,end-of-chapter
exerciseproblemswithdetailedanalyticalandnumericalsolutionsallowyoutomonitor
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