Modelagem multi-escala informada por física da propagação da luz usando aproximação numérica de envelope lentamente variável

Neste artigo, estendemos as técnicas numéricas baseadas na aproximação de envelope lento no método dos elementos finitos, introduzindo informações físicas na construção de funções base multi-escala para cenários em que os efeitos de onda são relevantes. Assim, o método proposto aqui permite a modelagem e simulação de dispositivos e sistemas ópticos multi-escala, especialmente aqueles que envolvem fortes efeitos de onda. Várias técnicas de construção de funções base multi-escala foram desenvolvidas, adaptadas a diferentes cenários físicos de fortes efeitos de onda, para alcançar computação precisa e eficiente. Sem perda de generalidade, a precisão e eficiência do método são verificadas computando a interferência de fenda dupla, sistemas reflexivos fora do eixo e sistemas ópticos híbridos refrativos-difrativos. Esses resultados mostram que este método pode ser aplicado a vários cenários, como refração, múltiplas reflexões e difração multi-feixe, enquanto pode alcançar uma melhoria de ordem de grandeza na velocidade de cálculo em comparação com o método padrão dos elementos finitos.