介绍

COMSOL (https://www.comsol.com/products) 是一款广泛使用的用于多物理场仿真的有限元分析软件。在这里,我将介绍如何使用 LiveLink for MATLAB (https://www.comsol.com/livelink-for-matlab),一个用于MATLAB的COMSOL API,来获取和处理在COMSOL中得到的数值结果。这构成了一个强大的工具,可以实现几乎任何与经典物理场有关的计算。

安装

我们从介绍MATLAB、COMSOL和LiveLink for MATLAB的安装开始。

MATLAB

要设置COMSOL-MATLAB联合仿真,你首先需要在你的计算机上安装MATLAB。你可以访问MATLAB网站,并使用你的机构邮箱注册一个账户。如果你的机构已经购买了MATLAB服务,你应该能够从该网站下载一个MATLAB的发行版并安装它。

COMSOL & Livelink for MATLAB

一旦MATLAB安装在你的计算机上,你就可以继续安装COMSOL和LiveLink for MATLAB。为此,你需要访问COMSOL网站,并使用你的机构邮箱注册一个账户。如果你的机构已经订阅了COMSOL产品,你可以从该网站下载一个COMSOL的发行版并安装它。在安装过程中,你将被引导选择需要哪些模块,如波光学、传热等。请记住在这个阶段选择LiveLink for MATLAB模块,COMSOL的安装程序将自动为MATLAB设置一个API。如果你的安装成功,你会在开始菜单中找到COMSOL Multiphysics with MATLAB。

使用方法

假设你已经建立了一个包含结果的COMSOL仿真文件(.mph)。现在我们将介绍如何在MATLAB中检索这些仿真数据。

首先,打开'COMSOL Multiphysics with MATLAB',它将启动两个窗口。一个窗口用于MATLAB,另一个窗口是用于建立COMSOL和MATLAB之间链接的命令行窗口。你可以在MATLAB窗口中创建和执行.m脚本,就像在普通MATLAB用户界面中一样。不同的是,你可以在这里使用一些特殊指令来访问COMSOL仿真文件。

有关这些命令的指导,请在MATLAB用户界面中输入'help mpi'。LiveLink for MATLAB支持的一些常用命令有:

1. `mphopen`: 将制定名称的COMSOL仿真文件加载到MATLAB中。使用示例:`model = mphopen(filename)`。

2. `mphglobal`: 基于COMSOL仿真文件中保存的数值解计算指定的全局变量。使用示例:`neff = mphglobal(model, 'ewfd.neff', 'dataset', 'dset1', 'outersolnum', 1)`,该命令返回数据集1中索引为1的解的光学模式的有效折射率。

3. `mphinterp`: 使用插值法计算指定位置的场强。使用示例:`mphinterp(model, 'ewfd.Hz', 'coord', coord_mat)`,该命令返回在2×N矩阵`coord_mat`指定的N个位置上评估的磁场的复振幅。

4. `mphnavigator`: 在MATLAB中启动图形用户界面以查看COMSOL仿真文件。该窗口有助于查找数据集和解的索引。使用示例:`mphnavigator(model)`。

应用案例

COMSOL-MATLAB联合仿真可以用来计算涉及多个物理场的物理量,例如微环谐振器中由热光效应引起的共振波长移动和光子晶体的贝里曲率。我将在下面分享这些应用的代码。

微环谐振腔热光效应仿真

代码：https://1drv.ms/f/s!AgeoyM0wJG9cg44z4BFzt-Ui5f6HLQ?e=orAnWN

部分仿真结果：

磁光/谷光子晶体 Berry Curvature 计算

代码：https://github.com/nagato-D/Berry-curvature-for-photonic-crystals/releases/tag/v2.0.0

部分仿真结果：

这些应用案例的具体设置细节可以在上面分享的代码中找到，如有问题，欢迎私信。

B 站专栏的写作体验实在是有待提升，希望未来的专栏编辑器能支持 markdown 语法。。。