Верификация расчетов с помощью CST Studio suite Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 535.421

ВЕРИФИКАЦИЯ РАСЧЕТОВ С ПОМОЩЬЮ CST STUDIO SUITE

Никита Анатольевич Харитошин

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, тел. (952)940-84-49, e-mail: [email protected]

В работе представлен обзор верификации программного обеспечения (ПО). Верификацией называется проверка соответствия результатов моделирования программой экспериментально полученным данным.

Ключевые слова: верификация, фотонная струя, полуширина распределения интенсивности поля.

VERIFICATION CALCULATIONS USING CST STUDIO SUITE

Nikita A. Kharitoshin

Siberian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., graduate student, tel. (952)940-84-49, e-mail: [email protected]

The paper presents review of the verification software. By verification we mean conformance checking of simulation results experimentally obtained data.

Key words: verification, photonic jet, FWHM.

Актуальной задачей в моделировании оптических систем является проверка правильности расчетов (верификация) различного программного обеспечения (ПО).

Верификация - это доказательство соответствия или несоответствия программного обеспечения предъявляемым требованиям [1-5].

В статье [6] описаны проведенные эксперименты со сферой диаметром d = 5 мкм, показателем преломления n = 1,6 и со сферой диаметром d = 3 мкм, показателем преломления n = 1,6, которые освещалась вертикально плоско поляризованной волной на частоте 576,5 THz (Х0 = 0,52 мкм). Сфера была расположена в вакууме (n0=1). Результаты эксперимента показаны на рис. 1.

Рис. 1. Результаты эксперимента: а - сфера с d = 5 мкм, Ь - сфера с d = 3 мкм. Направление падения излучения сверху вниз

Полуширина распределения интенсивности поля в области максимальной концентрации (FWHM) полученных струй составила 0,32 мкм и 0,27 мкм соответственно.

На ПО CST STUDIO SUITE были промоделированы сферы, расположенные в воздухе диаметрами d = 5 мкм и d = 3 мкм, показателем преломления n = 1,6, освещаемые вертикально (Ey) плоско поляризованной волной на частоте 576,5 THz (Х0 = 0,52 мкм). Использовались открытые граничные условия. Направление падения излучения - по направлению оси Z.

В основу численных расчетов CST STUDIO SUITE положен метод интегрирования системы уравнений с помощью базовых функций, определенных на конечном пространстве (FIT).

Результаты моделирования показаны на рис. 2.

a

*

b

V

Рис. 2. Результаты моделирования на ПО CST STUDIO SUITE: а - сфера с d = 5 мкм, b - сфера с d = 3 мкм. Направление падения излучения сверху вниз

FWHM для сферы с d = 5 мкм составила 0,299 мкм, для сферы с d = 3 мкм составила 0,253 мкм.

В результате расчетов было получено совпадение экспериментальных данных с расчетными - с погрешность 7 %.

В статье [7] приведены результаты моделирования фотонной струи из диэлектрического кубика размерами L*L*H, где L = Х0 и H = 1,2Х0 , при Х0=3 мм и сравнен с экспериментом. Полученная FWHM составила 1,41 мм.

Результаты эксперимента приведены на рис. 3.

Е-р1апе 9 ма

> (<*) С,

Н-р1апе

ш

п=1.41

Рис. 3. Результаты эксперимента

На ПО СЛОББКО был промоделирован диэлектрический кубик, расположенный в вакууме с размерами 3*3*3,2 мм и показателем преломления п=1,41, освещаемый вертикально (Бу) плоско поляризованной волной с длиной волны =3 мм. Направление падения излучения - по направлению оси 7. Результаты моделирования показаны на рис. 4.

Рис. 4. Результаты моделирования на ПО СЛОББКО

СЛОББКО производит расчеты методом моментов (ММ). FWHM для диэлектрического кубика составила 1,3253 мм. В результате расчетов было получено совпадение экспериментальных данных с расчетными - с погрешность 6 %.

Таким образом, из представленных результатов моделирования, можно сделать вывод, что CST STUDIO SUITE и CADFEKO имеют достоверные результаты моделирования к имеющимся экспериментальным данным исследования фотонных струй.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. IEEE 1012-2004 Standard for Software Verification and Validation. IEEE, 2005.

2. ISO/IEC 9126-1 Software engineering - Product quality - Part 1: Quality model. Geneva, Switzerland: ISO, 2001.

3. ISO/IEC TR 9126-2 Software engineering - Product quality - Part 2: External metrics. Geneva, Switzerland: ISO, 2003.

4. ISO/IEC TR 9126-3 Software engineering - Product quality - Part 3: Internal metrics. Geneva, Switzerland: ISO, 2003.

5. ISO/IEC TR 9126-4 Software engineering - Product quality - Part 4: Quality in use metrics. Geneva, Switzerland: ISO, 2004.

6. P. Ferrand, J. Wenger, A. Devilez, M. Pianta, B. Stout, et al.. Direct imaging of photonic nanojets. Optics Express, Optical Society of America, 2008, 16 (10), pp.6930-6940.

7. Terajets produced by 3D dielectric cuboids / Pacheco-Pena V., Beruete M., Minin I. V., Minin O. V. // Appl. Phys. Lett. 2014. V.105, Pp. 084102.

© Н. А. Харитошин, 2015