COMSOL Multiphysics^® 6.1 发布亮点

波动光学模块更新

COMSOL Multiphysics^® 6.1 版本为“波动光学模块”的用户引入了介质散射功能，添加了用于二维轴对称的线偏振平面波 背景场特征，以及新的教学案例。请阅读以下内容，进一步了解这些更新及其他新增功能。

使用“电磁波，边界元”接口模拟介质散射

现在，边界元法支持电磁波与介电物体之间的相互作用，包括计算相关远场散射属性。您可以在电磁波，边界元 接口中使用这一新功能，这需要在每个电介质散射体域中添加一个波动方程，电 节点。此外，还可以添加远场计算 节点来计算远场量，如散射振幅。您可以在新的光学八木-宇田天线模型中查看此特征的应用演示。

在 模型开发器窗口中选择第二个 波动方程，电节点，用于表示铝散射体。第一个 波动方程，电节点表示无限空气域。

多层阻抗边界条件

借助新功能，您可以对集肤深度较小的基板上的多个薄层进行建模，包括模拟金属表面上的薄电介质涂层。可以使用电磁波，频域 接口中的多层阻抗边界条件 特征来描述此类薄层，这需要将全局材料 中的多层材料 与材料 节点中的多层材料链接 结合使用。您可以在新的微机电镜的增强涂层模型中查看此特征的应用演示。

多层过渡边界条件

电磁波，频域 接口中的多层过渡边界条件 现在也已添加到电磁波，波束包络 接口中。此外，还更新了多层过渡边界条件，以包含所有可用于过渡边界条件 的材料模型，从而简化了边界条件的材料参数定义。

二维轴对称支持线偏振平面波背景场

具有任意偏振和入射角的线偏振平面波 背景场类型现在可用于二维轴对称模型，并采用展开方法，适用于模拟平面波激励下的旋转体散射。与在三维中模拟同一问题相比，二维轴对称模型使用的内存和时间明显更少，对于大型电散射体来说尤其如此，并且还有助于使用更密集的网格来提高精度。在二维轴对称模型中使用线偏振平面波 背景场时，软件会自动添加方位角模数的辅助扫描。为了构建全解，在后处理过程中会对每个方位角模式的贡献求和。您可以在新的石墨烯对圆柱散射体的隐身作用（波动光学）模型中查看此特征的应用演示。

新增易于使用的“对称平面”特征

对称平面 特征可以简化理想电导体 (PEC) 和理想磁导体 (PMC) 对称平面的定义。当出于对称性考虑而减小模型大小时，可以使用此特征代替理想电导体 和理想磁导体 边界条件。不仅如此，在计算远场以及定义解析端口 模场和集总端口 阻抗时，可以使用有关对称平面 特征的类型和位置信息。您可以在以下模型中查看这一新特征的应用演示：

• scattering_nanosphere
• self_focusing
• fabry_perot_resonator

“金纳米球的光散射”教学案例中使用了 对称平面节点。

有限元法 (FEM)-边界元法 (BEM) 多物理场耦合

新的 FEM-BEM 耦合特征可以简化电磁波混合 FEM-BEM 模型的设置，在“模型向导”中作为电磁波，FEM-BEM 多物理场接口提供，其中将会自动添加电磁波，频域 和电磁波，边界元 接口，以及新增的电场耦合 多物理场耦合特征。

弱形式端口选项

在扩展端口边界上的电场时，新的弱 端口公式会为扩展系数（S 参数）添加一个标量因变量，然后仅使用弱表达式求解 S 参数和边界上的切向电场。由于不使用约束，因此该公式在求解时完全移除了约束消除步骤。这个新的端口公式取代了 6.0 版本中引入的无约束端口公式。

您可以在几乎所有基于端口的教学案例中查看这个新端口公式的应用演示，例如：

• optical_ring_resonator_3d（新）
• plasmonic_wire_grating
• hexagonal_grating

二维轴对称中的协变公式

在二维轴对称公式中，将面外因变量公式化为以下形式会更加方便

,

上式称为协变公式。其中，Ψ 是因变量， 是径向坐标。因此，面外电场分量通过下式进行计算

协变公式在数值稳定性和精度方面具有更好的性能。与以前的版本相比，特征频率仿真会返回更少的特征频率；但是，返回的解具有更高的精度，并且返回的伪解也少得多

此公式用于除模式分析 和边界模式分析 以外的所有研究类型，您可以在以下模型中查看其应用演示：

• cylinder_graphene_cloak
• step_index_fiber_bend
• vertical_cavity_surface_emitting_laser
• whispering_gallery_mode_resonator

用于散射和匹配边界条件的“无入射场”选项

对于电磁波，波束包络 接口中的散射边界条件 和匹配边界条件，现在为入射场 参数添加了一个默认选项：无入射场 值。如果边界处只有出射波，则可以使用此选项。以下现有模型突出演示了这一选项的使用：

• brewster_interface
• beam_splitter
• fabry_perot_resonator

计算前绘制解析端口模场

矩形、圆形 和同轴 端口类型的模场由解析函数描述。在新版本中，您可以在运行仿真之前预览这些类型的端口模式，前提条件是端口 边界与主轴平行。

矩形 TE₁₀ 模式的 端口设置和场。绘制按钮位于 模式类型组合框旁边。

迎风通量公式

电磁波，时域显式 接口的波动方程 节点中的通量类型 参数现在还包含迎风通量 选项，可用于改进 S 参数的计算 - 理想电导体 (PEC) 边缘周围的过度耗散可能导致计算精度较低（使用默认的 Lax-Friedrichs 通量参数时可能发生这种情况）。

集肤深度计算器

您可以使用新的集肤深度计算器功能，根据材料的电导率或电阻率计算集肤深度，从而帮助您确定特定边界条件的应用是否合适。集肤深度计算器 显示在阻抗边界条件、过渡边界条件、多层阻抗边界条件 和多层过渡边界条件 特征的设置中。以下模型演示了集肤深度计算器 特征的使用：

• beam_splitter
• enhanced_mems_mirror_coating
• graphene_metamaterial_perfect_absorber

新的教学案例

COMSOL Multiphysics^® 6.1 版本的“波动光学模块”添加了多个新的教学案例。

光学环形谐振腔陷波滤波器（三维）

使用“波动光学”零件库中的零件的光环三维模型，结果显示了谐振波长处的场分布。

“案例库”标题：
optical_ring_resonator_3D
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光学八木-宇田天线

本例使用 电磁波，边界元接口对铝纳米棒制成的光学八木-宇田天线进行建模，结果显示了由电点偶极子驱动的天线的远场辐射方向图。

“案例库”标题：
optical_yagi_uda_antenna
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石墨烯对圆柱散射体的隐身作用

二维轴对称模型中的 线偏振平面波背景场，结果显示了具有和不具有石墨烯隐身层的圆柱散射体周围的场分布比较图。

“案例库”标题：
cylinder_graphene_cloak
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石墨烯超材料完美吸收器

一种渔网状结构的石墨烯太赫兹 (THz) 超材料吸收器。

“案例库”标题：
graphene_metamaterial_perfect_absorber
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微机电镜的增强涂层

优化薄介电涂层厚度前后的镜面反射光谱的比较图。

“案例库”标题：
enhanced_mems_mirror_coating
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锥形波导

具有传播波的锥形波导的电场分布（通过 电磁波，波束包络接口建模）。

“案例库”标题：
tapered_waveguide
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