【今日快报】光电仿真技术应用-光纤、光子器件、集成光路、光波导、耦合器

（一）案列应用实操教学：

光子晶体能带分析、能谱计算、光纤模态计算、微腔腔膜求解

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

传播表面等离激元和表面等离激元光栅等

超材料和超表面仿真设计，周期性超表面透射反射分析

光力、光扭矩、光镊力势场计算

波导模型（表面等离激元、石墨烯等）本征模式分析、各种类型波导传输效率求解

光-热耦合案例

天线模型

二维材料如石墨烯建模

基于微纳结构的电场增强生物探测

散射体的散射，吸收和消光截面的计算

拓扑光子学：拓扑边缘态和高阶拓扑角态应用仿真

二硫化钼的拉曼散射

磁化的等离子体、各向异性的液晶、手性介质的仿真

光学系统的连续谱束缚态

片上微纳结构拓扑优化设计(特殊情况下，利用二维系统来有效优化三维问题)

形状优化反设计：利用形状优化设计波导带通滤波器

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

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

学员感兴趣的其他案例

（二） 软件操作系统教学：

COMSOL

软件入门

初识COMSOL仿真——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

COMSOL软件基本操作

Ø  参数，变量，探针等设置方法、几何建模

Ø  基本函数设置方法，如插值函数、解析函数、分段函数等

Ø  特殊函数的设置方法，如积分、求极值、求平均值等

Ø  高效的网格划分

前处理和后处理的技巧讲解

Ø  特殊变量的定义，如散射截面，微腔模式体积等

Ø  如何利用软件的绘图功能绘制不同类型的数据图和动画

Ø  数据和动画导出

Ø  不同类型求解器的使用场景和方法

COMSOL

软件进阶

COMSOL中RF、波动光学模块仿真基础

Ø  COMSOL中求解电磁场的步骤

Ø  RF、波动光学模块的应用领域

RF、波动光学模块内置方程解析推导

Ø  亥姆霍兹方程在COMSOL中的求解形式

Ø  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)

Ø  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）

边界条件和域条件的使用方法

Ø  完美磁导体和完美电导体的作用和使用场景

Ø  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

Ø  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

Ø  远场域和背景场域的使用

Ø  端口使用场景和方法

Ø  波束包络物理场的使用详解

波源设置

Ø  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）

Ø  频域计算、时域计算

Ø  点源，如电偶极子和磁偶极子的使用方法

材料设置

Ø  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

Ø  二维材料，如石墨烯、MoS2的设置

Ø  特殊本构关系材料的计算模拟(需要修改内置的弱表达式)

网格设置

Ø  精确仿真电磁场所需的网格划分标准

Ø  网格的优化

Ø  案列教学

COMSOL WITH MATLAB功能简介

Ø 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)

Ø 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)

Ø  COMSOL WITH MATLAB 进行高级求解运算和后处理

Ø  COMSOL WITH MATLAB求解具有色散材料的能带

案列应用实操教学：

二维声子晶体能带结构计算和Dirac特性分析

三维弹性波声子晶体能带结构和传输谱计算

Comsol 结合Matlab求解声学超材料等效参数

声学超材料声隐身、声隧穿、声强反射仿真

声学超材料负折射特性及三维能带仿真计算

声学角动量和声学谷态及应用分析

考虑热黏性损失的声学结构传输特性分析

振动与噪声控制功能结构一体化设计

拓扑体能带计算和拓扑边缘态分析

声学高阶拓扑角态应用案例

声泳力打印喷嘴谐振结构本征模式仿真分析

声悬浮技术和声镊操控应用案例

基于拓扑绝缘体的微粒分离仿真分析

微流控中声辐射力场和声流场分析

声学微流体泵应用案例

声表面波传感器本征模式仿真分析

声微流控细胞排列和分离仿真

基于声阱的微流控仿真应用案例

吸收式消音器和声滤波器案例分析

超声无损检测及结构健康监测仿真

学员感兴趣的其他案例

软件操作系统教学：

COMSOL

软件入门

初识COMSOL仿真——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

COMSOL软件基本操作

Ø  参数，变量，探针，参数化扫描等设置方法

Ø  基本函数设置方法，如插值函数、解析函数、分段函数等

Ø  特殊函数的设置方法，如积分、求极值、求平均值等

Ø  几何建模基础及网格划分技巧

前处理和后处理的技巧讲解

Ø  特殊变量的定义，参数化求解、设置等

Ø  如何利用软件的绘图功能绘制不同类型的数据图和动画

Ø  派生值计算、数据和动画导出

Ø  不同类型求解器的使用场景和方法

COMSOL

软件进阶

COMSOL中声学模块仿真基础

Ø  COMSOL中求解声场的步骤

Ø  声学模块的应用领域

Ø  声学模块与其他物理场耦合案例（包含结构力学和层流等）

声学模块内置控制方程解析

Ø  压力声学方程在COMSOL中的求解形式

Ø  研究模块中求解变量的初始值、不求解的变量值等

Ø  深入探索从模拟中获得的结果，联合MATLAB求解其他声学参数

边界条件和域条件的使用方法

Ø  硬声场边界的作用和使用场景

Ø  阻抗边界条件、匹配边界条件、周期性边界条件的作用

Ø  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

Ø  声学与其他物理场耦合边界条件设置

波源设置

Ø  散射边界和端口边界的使用方法和技巧

Ø  频域计算、时域计算（瞬态分析）

Ø  点源，如单级点源、偶极点源和四极点源的使用方法

材料和网格设置

Ø  计算模拟中各向同性,各向异性等材料的设置

Ø  特殊本构关系材料的计算模拟

Ø  精确声场的网格划分要求及操作设置

COMSOL 接口功能及优化模块简介

Ø  COMSOL 导入模块简介

Ø  COMSOL WITH EXCEL 简介及案例应用

Ø  COMSOL WITH MATLAB 简介及案例应用

Ø  COMSOL 结构拓扑优化设计案例应用

课程名称

课程内容

COMSOL

仿真基础

1、COMSOL软件基本操作

1.1 创建模型一般步骤

1.2 几何创建方法

1.3 网格划分技巧

1.4 方程及边界设置

2、后处理

2.1 数据集创建

2.2 衍生量的计算

2.3 结果图的绘制

实例操作：肋片散热模型

COMSOL

燃料电池仿真技术详解

3、燃料电池仿真

3.1 燃料电池开路电压计算

3.2 燃料电池三种极化损失

4、多孔电极有效扩散系数构建

4.1 多孔电极构建方法

4.2 曲率与孔隙率关系

4.3 尘气模型实现方法

实例操作：多孔电极模型、尘气输运模型

5、从简到真的建模方法

5.1 只考虑气体输运

5.2 添加导电过程

5.3 添加电化学过程

5.4 添加退化过程

实例操作：纽扣电池模型、退化模型

6、连接体研究分析

6.1 燃料电池活化设置方法

6.2 传质-导电-电化学多场耦合方法

6.3传热-传质-动量-导电-电化学多场耦合

6.4 连接体优化与设计

实例操作：连接体优化模型、新型连接体模型

7、积碳研究

7.1 燃料电池边界设置

7.2 传质-导电-电化学多场耦合方法

7.3 甲烷内重整反应设置

7.4 甲醇内重整反应设置

7.5积碳分析

实例操作：甲烷积碳模型，甲醇积碳模型

8、直接碳燃料电池性能研究

8.1 Boudouard反应设置

8.2 热源设置方法

8.3 传质-导电-电化学-热多场耦合方法

8.4 性能分析

实例操作：直接碳燃料电池模型

9、应力分析

9.1 力学边界设置

9.2 损伤几率求解

9.3 残余应力分析

9.4 热应力分析

实例操作：微管应力模型

时间

课程内容

第一天

上午

1. COMSOL 仿真基础

1.1 数值仿真基本要素及其在 COMSOL 中的对应

1.1.1 模型参数与变量

1.1.2 物理场添加及电解条件设置

1.1.3 模型构建与网格划分

1.1.4 求解器类型与设置

1.1.5 后处理及数据分析

1.2 COMSOL 中锂离子电池接口    

1.2.1 电池基本物理过程及控制方程

1.2.2 常用电池边界条件及初始条件

1.2.3 常用电池电极材料参数设置

第一天

下午

2. 锂离子电池 P2D 模型

2.1 P2D 模型的理解与分析

2.2 COMSOL 中电池 P2D 模型构建

2.2.1 模型参数输入

2.2.2 模型构建及模型材料设置

2.2.3 电池物理方程及参数设置

2.2.4 网格划分与求解器设置

2.3 电池典型充放电过程仿真及后处理技巧

第二天

上午

3. 锂离子电池电化学-热耦合模型

3.1 P2D 电化学模型与电池热模型耦合

3.2 锂离子电池集总参数模型及其与电池热模型耦合

3.3 两种电池电化学-热耦合模型的区别及应用场景

3.4 圆柱形或方形锂离子电池建模及仿真演示 (二选一)

第二天

下午

4. 锂离子电池衰退模型及仿真

4.1 COMSOL 中电池充放电循环仿真

4.1.1 电池充放电循环边界条件设置

4.1.2 电池加速衰退设置

4.1.3 电池充放电循环仿真后处理技巧

4.2 锂离子电池常见衰退现象及其数学描述

4.2.1 负极 SEI 膜增厚过程仿真

4.2.2 活性锂损失计算

4.3 锂离子电池衰退模型构建及仿真演示

第三天

上午

5. 动力电池热管理技术及数值仿真

5.1 热管理技术简述

5.2 动力电池风冷及模型构建

5.2.1 空气流动过程仿真及常用物理接口介绍

5.2.2 锂离子电池-空气流动耦合模型构建

5.2.3 典型工况电池空冷模型构建及仿真

第三天

下午

5.3 动力电池液冷及模型构建

5.3.1 液气流动过程仿真及常用物理接口介绍

5.3.2 锂离子电池-冷却液流动耦合模型构建

5.3.3 典型工况电池液冷模型构建及仿真演示

第四天

上午

6. 锂金属电沉积过程数值模拟

6.1 锂金属电沉积涉及的物理接口简介      

6.1.1 一次、二次和三次电流分布接口 

6.1.2 稀溶液理论与浓溶液理论

6.2 锂硫电池模型构建

第四天

下午

6.3 锂离子电池异构模型

6.3.1 电池异构模型的意义

6.3.1 电池异构模型构建