COMSOL入门案例教学

在工程实际中，很多多物理场耦合作用下的实验缺少开展条件，且无具体的理论指导设计，必须采用数值仿真的方法来研究和测评。COMSOL Multiphysics具有高效的计算性能和独特的多物理场全耦合分析能力，可以保证数值仿真的高度精确，因此被应用于各个学科领域。但是，由于多个物理场耦合问题的复杂性，COMSOL在实践应用中也存在大量的技术问题。

(一) 案列应用实操教学：

COMSOL仿真实践(RF及波动光学模块案例Step by step详解)：

1、光子晶体能带分析、能谱计算、光纤模态计算、微腔腔膜求解；

2、类比凝聚态领域魔角石墨烯的moiré 光子晶体建模以及物理分析；

3、传播表面等离激元和表面等离激元光栅等

4、超材料和超表面仿真设计，周期性超表面透射反射分析;

5、光力、光扭矩、光镊力势场计算；

6、波导模型：表面等离激元、石墨烯等波导模型的本征模式分析，以及利用数值端口求解各种类型波导的传输效率；

7、光-热耦合案例；

8、天线模型；

9、二维材料如石墨烯建模；

10、基于微纳结构的电场增强生物探测；

11、散射体的散射,吸收和消光截面的计算;

12、拓扑光子学：拓扑边缘态和高阶拓扑角态应用仿真；

13、二硫化钼的拉曼散射;

14、磁化的等离子体、各向异性的液晶、手性介质的仿真；

15、光学系统的连续谱束缚态；

16、片上微纳结构拓扑优化设计(特殊情况下，如何利用二维系统来有效的优化三维问题)：反设计片上透镜，偏振分束器；

17、形状优化反设计：利用形状优化设计波导带通滤波器；

18、非厄米光学系统的奇异点：包括PT对称波导结构和光子晶体板系统等；

19、微纳结构的非线性增强效应，以及共振模式的多极展开分析；

20、感兴趣的其他案例

（二）软件操作系统教学：

1、初识COMSOL仿真
目标：以多个具体的案例建立COMSOL仿真框架，建立COMSOL仿真思路，熟悉软件的使用方法；
2、COMSOL软件基本操作
2.1 参数，变量，探针等设置方法
2.2 几何建模
2.3基本函数设置方法，如插值函数、解析函数、分段函数等
2.4特殊函数的设置方法，如积分、求极值、求平均值等
2.5高效的网格划分
3、前处理和后处理的技巧讲解
3.1特殊变量的定义，如散射截面，微腔模式体积等
3.2如何利用软件的绘图功能绘制不同类型的数据图和动画
3.3数据和动画导出
3.4不同类型求解器的使用场景和方法4、COMSOL中RF、波动光学模块仿真基础
4.1 COMSOL中求解电磁场的步骤
4.2 RF、波动光学模块的应用领域
5、RF、波动光学模块内置方程解析推导
5.1亥姆霍兹方程在COMSOL中的求解形式
5.2 RF方程弱形式解析，以及修改方法(模拟特殊本构关系的物质)
5.3深入探索从模拟中获得的结果
（如电磁场分布、功率损耗、传输和反射、阻抗和品质因子等）

6、边界条件和域条件的使用方法
6.1完美磁导体和完美电导体的作用和使用场景
6.2阻抗边界条件、过度边界条件、散射边界条件、周期性边界条件的作用
6.3求解域条件：完美匹配层的理论基础和使用场景、 PML网格划分标准
6.4远场域和背景场域的使用；6.5 端口使用场景和方法；
6.5波束包络物理场的使用详解；
7、波源设置
7.1散射边界和端口边界的使用方法和技巧（波失方向和极化方向设置、S参数、反射率和透射率的计算和提取、高阶衍射通道反射投射效率的计算）
7.2频域计算、时域计算7.3点源,如电偶极子和磁偶极子的使用方法
7.4背景场的作用及使用方法
8、材料设置
8.1计算模拟中各向同性,各向异性,金属介电和非线性等材料的设置
8.2二维材料,如石墨烯、MoS2的设置；
8.3特殊本构关系材料的计算模拟(需要修改内置的弱表达式)
9、网格设置
9.1精确仿真电磁场所需的网格划分标准9.2网格的优化9.3案列教学10、COMSOL WITH MATLAB功能简介
(a)
COMSOL WITH MATLAB 进行复杂的物理场或者集合模型的建立
(如超表面波前的衍射计算);
(b)
COMSOL WITH MATLAB 进行复杂函数的设置
(如石墨烯电导函数的设置和仿真);
(c)
COMSOL WITH MATLAB 进行高级求解运算和后处理;
(d)
COMSOL WITH MATLAB求解具有色散材料的能带；

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