Modelado multi-escalar informado por la física de la propagación de la luz utilizando aproximación numérica de envolventes de variación lenta

En este artículo, extendemos las técnicas numéricas basadas en la aproximación de envolvente lenta en el método de elementos finitos al introducir información física en la construcción de funciones base multi-escalas para escenarios donde los efectos de onda son relevantes. De este modo, el método propuesto aquí permite el modelado y la simulación de dispositivos y sistemas ópticos multi-escalas, especialmente aquellos que involucran fuertes efectos de onda. Se han desarrollado diversas técnicas de construcción de funciones base multi-escalas, adaptadas a diferentes escenarios físicos de fuertes efectos de onda, para lograr un cálculo preciso y eficiente. Sin pérdida de generalidad, la precisión y eficiencia del método se verifican al calcular la interferencia de doble rendija, sistemas reflectivos fuera de eje y sistemas ópticos híbridos refractivos-difractivos. Estos resultados muestran que este método puede aplicarse a varios escenarios, como la refracción, la reflexión múltiple y la difracción de múltiples haces, mientras que puede lograr una mejora de órdenes de magnitud en la velocidad de cálculo en comparación con el método estándar de elementos finitos.