在現(xiàn)代科技的浪潮中，光子學與電磁學作為關鍵的前沿領域，正經歷著多學科交叉融合帶來的深刻變革。從光子晶體到二維材料，從拓撲光子學到非厄米光學，這些新興方向不僅拓展了光學的研究邊界，也為解決實際問題提供了全新的思路和方法。然而，傳統(tǒng)實驗手段在面對復雜多物理場耦合問題時，往往難以高效地進行探索和優(yōu)化。COMSOL多物理場仿真軟件作為一種強大的工具，能夠精確地模擬光與物質在多尺度、多物理場下的相互作用，為科研人員和工程師提供了從理論到實踐的橋梁。

國際趨勢方面，Nature Photonics、ACS Photonics等頂尖學術期刊持續(xù)聚焦“多物理場耦合”、“拓撲光子學”、“二維材料光學”等前沿研究方向，COMSOL技術與多學科知識融合驅動的光學創(chuàng)新研究正成為全球熱點。由知名學者領銜的科研團隊不斷在超材料設計、光子器件優(yōu)化、微納結構仿真等方面取得突破性成果，推動著光學技術向更高精度、更廣泛應用等目標加速邁進。

國家需求層面，我國在光通信、光信息處理、光學成像、光子芯片等領域的快速發(fā)展，對于能夠掌握先進光學設計與模擬技術的人才需求日益迫切?！秶易匀豢茖W基金“十四五”發(fā)展規(guī)劃》優(yōu)先發(fā)展領域中明確提出“發(fā)展新材料、新架構、新機制的電路、射頻模塊及天線技術，探索高效電磁計算、電磁波智能調控方法、以及電子信息系統(tǒng)跨越發(fā)展新技術，服務國家電子信息產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。”

為了滿足工業(yè)界和學術界對于融合光學、材料科學、電子科學和COMSOL技術多學科知識與技能的復合型人才的需求，也為解決大家在COMSOL學習過程中遇到的問題

案例應用實操教學

案例一光子晶體能帶分析、能譜計算、光纖模態(tài)計算、微腔腔膜求解

案例二類比凝聚態(tài)領域魔角石墨烯的moiré光子晶體建模以及物理分析

案例三傳播表面等離激元和表面等離激元光柵等

案例四超材料和超表面仿真設計，周期性超表面透射反射分析

案例五光力、光扭矩、光鑷力勢場計算

案例六波導模型（表面等離激元、石墨烯等）本征模式分析、各種類型波導傳輸效率求解

案例七光-熱耦合案例

案例八天線模型

案例九二維材料如石墨烯建模

案例十基于微納結構的電場增強生物探測

案例十一散射體的散射,吸收和消光截面的計算

案例十二拓撲光子學：拓撲邊緣態(tài)和高階拓撲角態(tài)應用仿真

案例十三二硫化鉬的拉曼散射

案例十四磁化的等離子體、各向異性的液晶、手性介質的仿真

案例十五光學系統(tǒng)的連續(xù)譜束縛態(tài)

案例十六片上微納結構拓撲優(yōu)化設計(特殊情況下，利用二維系統(tǒng)來有效優(yōu)化三維問題)

案例十七形狀優(yōu)化反設計：利用形狀優(yōu)化設計波導帶通濾波器

案例十八非厄米光學系統(tǒng)的奇異點：包括PT對稱波導結構和光子晶體板系統(tǒng)等

案例十九微納結構的非線性增強效應，以及共振模式的多極展開分析

案例二十學員感興趣的其他案例

軟件操作系統(tǒng)教學Q

COMSOL軟件入門

初識COMSOL仿真——以多個具體的案例建立COMSOL仿真框架，建立COMSOL仿真思路，熟悉軟件的使用方法

1、COMSOL軟件基本操作參數(shù)，變量，探針等設置方法、幾何建模

?基本函數(shù)設置方法，如插值函數(shù)、解析函數(shù)、分段函數(shù)等

?特殊函數(shù)的設置方法，如積分、求極值、求平均值等

?高效的網(wǎng)格劃分

2、前處理和后處理的技巧講解

?特殊變量的定義，如散射截面，微腔模式體積等

?如何利用軟件的繪圖功能繪制不同類型的數(shù)據(jù)圖和動畫

?數(shù)據(jù)和動畫導出

?不同類型求解器的使用場景和方法

COMSOL軟件進階

3、COMSOL中RF、波動光學模塊仿真基礎

?COMSOL中求解電磁場的步驟

?RF、波動光學模塊的應用領域

4、RF、波動光學模塊內置方程解析推導

?亥姆霍茲方程在COMSOL中的求解形式

?RF方程弱形式解析，以及修改方法(模擬特殊本構關系的物質)

?深入探索從模擬中獲得的結果

（如電磁場分布、功率損耗、傳輸和反射、阻抗和品質因子等）

5、邊界條件和域條件的使用方法

?完美磁導體和完美電導體的作用和使用場景

?阻抗邊界條件、過度邊界條件、散射邊界條件、周期性邊界條件的作用

?求解域條件：完美匹配層的理論基礎和使用場景、PML網(wǎng)格劃分標準

?遠場域和背景場域的使用

?端口使用場景和方法

?波束包絡物理場的使用詳解

6、波源設置

?散射邊界和端口邊界的使用方法和技巧（波失方向和極化方向設置、S參數(shù)、反射率和透射率的計算和提取、高階衍射通道反射投射效率的計算）

?頻域計算、時域計算

?點源,如電偶極子和磁偶極子的使用方法

?背景場的作用及使用方法

7、材料設置

?計算模擬中各向同性,各向異性,金屬介電和非線性等材料的設置

?二維材料,如石墨烯、MoS2的設置

?特殊本構關系材料的計算模擬(需要修改內置的弱表達式)

8、網(wǎng)格設置

?精確仿真電磁場所需的網(wǎng)格劃分標準

?網(wǎng)格的優(yōu)化

?案列教學

9、COMSOL WITH MATLAB功能簡介

?COMSOL WITH MATLAB進行復雜的物理場或者集合模型的建立(如超表面波前的衍射計算)

?COMSOL WITH MATLAB進行復雜函數(shù)的設置(如石墨烯電導函數(shù)的設置和仿真)

?COMSOL WITH MATLAB進行高級求解運算和后處理

?COMSOL WITH MATLAB求解具有色散材料的能帶

關注：科研實踐課堂
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審核編輯 黃宇