Tecnología y aplicaciones de simulación multifísica COMSOL Multiphysics

El software de simulación multifísica COMSOL logra simulaciones numéricas precisas con un alto rendimiento informático y excelentes capacidades de análisis de acoplamiento multicampo. Se utiliza ampliamente en investigación científica y cálculos de ingeniería en diversos campos, y resuelve problemas multifísicos complejos para las comunidades científica y de ingeniería. Como parte extremadamente importante del plan de estudios de física, varias universidades siempre han valorado el contenido didáctico de la optoelectrónica. Combinando el dolor y las dificultades de muchos estudiantes en los experimentos, se introdujo la simulación COMSOL en el experimento y el proceso de simulación optoelectrónica se mostró de manera efectiva e intuitiva a través del procesamiento de visualización del software. Combinado con datos experimentales, el contenido del artículo es persuasivo, predictivo y novedoso. Para resolver los problemas encontrados en el aprendizaje por simulación COMSOL, el Colegio Internacional de Tecnología de la Información Ruanyan de Beijing organizó especialmente la clase de capacitación en línea "Tecnología y aplicación de simulación multifísica COMSOL" (el número 27), que fue organizada específicamente por la Tecnología Educativa de la Escuela Interactiva (Beijing) Co., Ltd. ..

Proyecto de capacitación en optoelectrónica "Aplicación y tecnología de simulación de acoplamiento multicampo COMSOL" (Número 27)

(1) Lista de casos Aplicación de enseñanza práctica:

Caso 1: Análisis de bandas de energía de cristales fotónicos, cálculo del espectro de energía, cálculo modal de fibra y solución de membrana de microcavidades.

Modelado y análisis físico de cristales fotónicos Moiré de grafeno de ángulo mágico en campos tipo materia condensados

Caso 3 Propagación de plasmones superficiales y rejillas de plasmones superficiales, etc.

Caso 4 Diseño de simulación de metamateriales y metasuperficies, análisis periódico de transmisión y reflexión de metasuperficies

Ejemplo 5 Cálculo de fuerza óptica, momento óptico y campo potencial de pinzas ópticas

Caso 6: Análisis de modo propio de modelos de guías de ondas (plasmones de superficie, grafeno, etc.). ) y solución de eficiencia de transmisión de varios tipos de guías de ondas

Caso 7 Caso de acoplamiento fototérmico

Caso 8 modelo de antena

Caso 9 grafeno y otro material bidimensional Modelo de construcción

Caso 10 Detección biológica mejorada por campo eléctrico basado en micro-nanoestructuras

Caso 11 Cálculo de secciones transversales de dispersión, absorción y extinción de dispersores

Caso 12 Fotónica topológica: simulación aplicada de estados de borde topológicos y estados angulares topológicos de orden superior

Caso 13 Dispersión Raman de disulfuro de molibdeno

Caso 14 Plasma magnetizado, cristal líquido anisotrópico y simulación manual de medios característicos

Caso 15 Estado acotado de espectro continuo de un sistema óptico

Caso 16 Diseño de optimización topológica de micronanoestructuras en chip (en casos especiales, se utilizan sistemas bidimensionales para optimizar eficazmente problemas tridimensionales)

Caso 17 Diseño inverso de optimización de forma: Diseño de filtro de paso de banda de guía de ondas utilizando optimización de forma

Caso 18 Singularidad de un sistema óptico no hermitiano: incluido PT Estructura de guía de ondas simétrica, sistema de placa de cristal de fotones, etc.

Caso 19 Análisis del efecto de mejora no lineal de micro-nanoestructuras y expansión multipolar de modos de resonancia

Caso 20 Otros casos de interés para estudiantes.

(2) Enseñanza del sistema operativo de software:

Soldadura de plata y plomo

Introducción al software

Primera introducción a la simulación COMSOL: uso de Establecer el marco de simulación COMSOL en varios casos específicos, establecer ideas de simulación COMSOL y familiarizarse con el uso del software.

¿Operaciones básicas del software COMSOL

?

Métodos de configuración y modelado geométrico de parámetros, variables y sondas.

?

Métodos básicos de configuración de funciones, como funciones de interpolación, funciones analíticas, funciones por partes, etc.

?

Métodos de configuración para funciones especiales, como integral, valor extremo, valor medio, etc.

?

Mallado eficiente

¿Explicar las técnicas de pre y posprocesamiento

? Definición de variables especiales, como sección transversal de dispersión, volumen del molde de microcavidades, etc.

? ¿Cómo utilizar la función de dibujo del software para dibujar diferentes tipos de gráficos y animaciones de datos?

? ¿Exportación de datos y animaciones

? Escenarios de uso y métodos de diferentes tipos de solucionadores

Soldadura de plata-plomo

Software avanzado

Conceptos básicos de simulación de módulos de RF y óptica de ondas en COMSOL

? ¿Cuáles son los pasos para resolver campos electromagnéticos en COMSOL

? Áreas de aplicación de los módulos de RF y óptica de ondas

¿Derivación analítica de las ecuaciones integradas de los módulos de RF y de óptica de ondas

?

¿Cuál es la forma solución de la ecuación de Helmholtz en COMSOL

?

¿Análisis de forma débil de la ecuación de RF y su método de corrección (simulando sustancias con relaciones constitutivas especiales)?

?

Sumérgete en los resultados obtenidos de la simulación.

(Como distribución del campo electromagnético, pérdida de energía, transmisión y reflexión, impedancia y factor de calidad, etc.)

Cómo utilizar condiciones de contorno y condiciones de dominio

? ¿Cuáles son las funciones y usos de los conductores ideales y los conductores ideales

? Efectos de las condiciones de frontera de impedancia, condiciones de frontera de transición, condiciones de frontera de dispersión y condiciones de frontera periódicas.

? Condiciones del dominio de la solución: ¿Base teórica y escenarios de aplicación de la capa de coincidencia perfecta, estándar de mallado PML

? ¿Uso de campo lejano y campo de fondo

? ¿Escenarios y métodos de uso de puertos

? ¿Instrucciones detalladas para utilizar la física de la envolvente del haz

Configuración de fuente de onda

? Métodos y técnicas para utilizar límites de dispersión y límites de puertos (establecimiento de la dirección de pérdida de onda y dirección de polarización, cálculo y extracción de parámetros S, reflectividad y transmitancia, cálculo de reflexión del canal de difracción de alto orden y eficiencia de proyección)

? ¿Cálculo en el dominio de la frecuencia, cálculo en el dominio del tiempo

? ¿Cómo utilizar fuentes puntuales como dipolos eléctricos y magnéticos

? ¿Función y uso del campo de fondo

Configuración de material

? ¿Configuraciones para materiales isotrópicos, anisotrópicos, dieléctricos metálicos y no lineales en simulaciones computacionales

? Materiales bidimensionales como el grafeno y el disulfuro de molibdeno.

? Simulación computacional de materiales con relaciones constitutivas especiales (las expresiones débiles incorporadas deben modificarse)

¿Configuración de cuadrícula

? ¿Estándares de mallado para una simulación precisa de campos electromagnéticos

? ¿Optimización de la red

? ¿Enseñanza de casos

COMSOL y

Introducción a las funciones de MATLAB

?

Utilice COMSOL con MATLAB para establecer campos físicos complejos o modelos de conjuntos (como cálculos de difracción de frentes de onda de metasuperficies).

? COMSOL y

MATLAB se utilizan para configurar funciones complejas (como la configuración y simulación de la función de conductancia del grafeno).

? ¿COMSOL y

Solución avanzada de operaciones y posprocesamiento

? COMSOL y

Uso MATLAB para resolver la banda de energía de materiales dispersivos

III. Descripción de algunos casos: