Обновления модуля Геометрическая оптика

Для пользователей модуля Геометрическая оптика пакета COMSOL Multiphysics® версии 5.4 предлагается полностью переработанная Библиотека геометрических заготовок, обеспечивающих большую точность расчетов и большую вариативность дизайнов, а также функционал для более надежного расчета интенсивности и мощности в закрытых системах, а также оптические модели дисперсии, в т.ч. термо-оптические коэффициенты. Читайте об этих и других обновлениях модуля Геометрическая оптика ниже.

Улучшенная Библиотека геометрических заготовок (Part Library)

Библиотека геометрических заготовок для модуля Геометрическая оптика была полностью переработана в версии COMSOL Multiphysics® 5.4. В новых CAD-заготовках каждая отражающая или преломляющая поверхность теперь является единой границей, тогда как в предыдущих версиях они часто подразделялись на квадранты. Таким образом, можно легче задавать граничные условия и строить графики по поверхности, так как выборки теперь включают меньше элементов. Новые заготовки отражают и преломляют лучи с увеличенной точностью.

В дополнение к усовершенствованиям, добавлены новые заготовки, в том числе Spherical Mirror 3D (Трехмерное сферическое зеркало), Rectangular Planar Annulus 3D (Трехмерное прямоугольное плоское кольцо) и Elliptical Planar Mirror 3D (ТТрехмерное эллиптическое плоское зеркало)

Демонстрация новых геометрических заготовок для геометрической оптики, доступных в COMSOL Multiphysics 5.4. Новые геометрические заготовки доступны в версии 5.4 (слева). Новый «автономный» вариант Conic Mirror Off Axis 3D (Трехмерное коническое зеркало, внеосевое, вверху справа). Большинство объективов и компонентов зеркала больше не имеют внутренних ребер на отражающей или преломляющей поверхности (по центру справа), что улучшает точность диаграмм лучей и точечных диаграмм (внизу справа). Новые геометрические заготовки доступны в версии 5.4 (слева). Новый «автономный» вариант Conic Mirror Off Axis 3D (Трехмерное коническое зеркало, внеосевое, вверху справа). Большинство объективов и компонентов зеркала больше не имеют внутренних ребер на отражающей или преломляющей поверхности (по центру справа), что улучшает точность диаграмм лучей и точечных диаграмм (внизу справа).

Познакомиться с новыми возможностями можно в следующих моделях:

Модели оптической дисперсии

Были добавлены встроенные модели оптической дисперсии, чтобы упростить задание зависящих от длины волны показателей преломления. В модель также включили стандартные дисперсионные соотношения, используемые несколькими производителями стекла, например, коэффициенты Зелмайера. Также пользователям предлагается дисперсионная модель Зелмайера с температурной зависимостью, в которой показатель преломления задается как функция двух параметров: длины волны и температуры.

С новым функционалом можно ознакомиться в следующих моделях:

Новый алгоритм вычисления интенсивности и мощности лучей

В пакете COMSOL Multiphysics® версии 5.4 был значительно улучшен расчет интенсивности и мощности лучей. Новая реализация намного надежнее, чем в предыдущих версиях. Это особенно четко будет проявляться при расчете для замкнутых систем, где лучи могут многократно отражаться или преломляться в небольшом объеме, а волновой фронт нечетко определен. Добавлен также новый вариант вычисления мощности без расчета интенсивности, что полезно, когда нужно рассчитать источники тепла при осаждении материала, но не нужно визуализировать интенсивность излучения.

С данным функционалом можно ознакомиться в следующих моделях:

Модель, в которой выбрана опция для вычисления мощности излучения. Новая опция для вычисления мощности излучения. Показана модель Solar Dish Receiver (Солнечная тарелка). Новая опция для вычисления мощности излучения. Показана модель Solar Dish Receiver (Солнечная тарелка).

Повышение точности трассировки лучей в поглощающих средах

Влияние поглощающей или усилиливающей среды на интенсивность излучения моделируется более точно в версии 5.4 по сравнению с предыдущими версиями программного обеспечения. Уравнения, которые приводят к экспоненциальному росту или падению в однородных поглощающих или усиливающих средах соответственно, были переработаны и теперь не зависят от размера временного шага решателя. В результате увеличивается производительность, так как можно отслеживать лучи через поглощающую или усиливающую среду, используя достаточно большие временные интервалы или интервалы длины оптического пути в настройках исследования Ray Tracing (Трассировка лучей), и по-прежнему получать очень точное решение. Пример использования обновленного функционала приведен в модели Тепловой сдвиг фокальной точки системы линз.

Распределение длин волн при запуске лучей

Теперь при запуске полихроматического света можно выбрать либо распределение частот, либо распределение длин волн в вакууме. Раньше можно было указывать только частоту.

С данной опцией можно ознакомиться в следующих моделях:

Указание распределение длин волн в вакууме в COMSOL Multiphysics версии 5.4. Возможность указывать распределение длин волн при запуске лучей. Показана учебная модель Distributed Bragg Reflector (Распределенный брэгговский отражатель). Возможность указывать распределение длин волн при запуске лучей. Показана учебная модель Distributed Bragg Reflector (Распределенный брэгговский отражатель).

Использование геометрических нормалей для описания взаимодействия луча с границей среды

Пользователям предлагается новый способ вычисления направления нормалей к поверхности в интерфейсе Geometrical Optics (Геометрическая оптика). Точный расчет направления нормалей к поверхности необходим для высокоточного моделирования оптических систем. Теперь можно рассчитывать взаимодействие луча с границей среды (отражение или преломление), используя либо нормаль к граничной сетке, либо нормаль к параметризованной геометрии (если таковая имеется). Эта опция не применима, если какое-либо явление в модели вызывает деформацию сетки, например, деформация конструкции из-за внешних нагрузок или термического напряжения.

С новым функционалом можно ознакомиться в следующих моделях:

Демонстрация использования геометрических нормалей для расчета отражений/преломлений в COMSOL Multiphysics версии 5.4. Новая опция по использованию геометрических нормалей для расчета отражений/преломлений в обновленной модели Newtonian Telescope (Ньютоновский телескоп). Среднеквадратичное отклонение (RMS) размера пятна в рассматриваемой ситуации (нулевой угол зрения) пренебрежимо мало, что указывает на минимальную ошибку дискретизации. Новая опция по использованию геометрических нормалей для расчета отражений/преломлений в обновленной модели Newtonian Telescope (Ньютоновский телескоп). Среднеквадратичное отклонение (RMS) размера пятна в рассматриваемой ситуации (нулевой угол зрения) пренебрежимо мало, что указывает на минимальную ошибку дискретизации.

Новые учебные модели

COMSOL Multiphysics® версии 5.4 содержит четыре новые учебные модели.