射线光学模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本为“射线光学模块”的用户通过添加新零件和提升精度,大大增强了零件库的实用性;另外还增强了封闭系统强度和功率计算的稳定性,并新增了包含热-光系数的光色散模型。请阅读以下内容,进一步了解“射线光学模块”的所有更新。

零件库的实用性提升

在 COMSOL Multiphysics® 5.4 版本中,“射线光学模块”的“零件库”得到了全面改进。现在,新零件中的每个反射或折射面都已改为单个边界,而在之前的版本中,它们经常被细分为多个象限。这有助于您更轻松地指派边界条件和设置表面图,原因在于现在的选择中包含了更少的实体。此外,新零件还能更准确地对射线进行反射和折射。

除了对原有特征的改进,新版本还新增了多个零件,包括“球面镜(三维)”、“矩形平面环”(三维)以及“椭圆平面镜(三维)”。

COMSOL Multiphysics 5.4 版本提供的新射线光学零件的演示示例。 5.4 版本提供的新零件(左)。离轴锥面镜(三维)的新“独立”变体(右上)。大多数透镜和反射镜零件在反射或折射面不再具有内部边(右中),从而产生更精确的射线和点列图(右下)。 5.4 版本提供的新零件(左)。离轴锥面镜(三维)的新“独立”变体(右上)。大多数透镜和反射镜零件在反射或折射面不再具有内部边(右中),从而产生更精确的射线和点列图(右下)。

以下模型使用了这一新功能:

光色散模型

新版本中添加了内置的光色散模型,方便您指定波长相关的折射率;引入了许多玻璃制造商采用的标准色散关系,如 Sellmeier 系数。此外,还提供一个温度相关的 Sellmeier 色散模型,可将折射率定义为波长和温度的函数。

以下模型使用了这一新功能:

计算射线强度和功率的新算法

在 COMSOL Multiphysics® 5.4 版本中,射线强度和功率计算得到了大幅改进。与之前的版本相比,新算法的引入明显提高了计算稳定性。对于封闭系统来说尤为如此,在此类系统中,射线会在小体积内发生多次反射或折射,并且波前也无法很好地定义。除此之外,新版本还提供一个新选项,用于计算射线功率,但不计算强度,该选项非常适用于以下情况:即使没有射线强度可视化,也需要计算沉积热源。

以下模型使用了这一新功能:

使用新选项计算射线功率的模型屏幕截图。 使用新选项计算射线功率的屏幕截图。来自“碟式太阳能接收器”模型。 使用新选项计算射线功率的屏幕截图。来自“碟式太阳能接收器”模型。

吸收介质中的射线追踪分析精度得到提高

与之前的软件版本相比,在 5.4 版本中模拟衰减或增益介质对射线强度的影响时,建模精度得到了显著提高。分别导致均质吸收介质或增益介质中的指数增长或衰减的方程已经重构,从而降低了求解器采用的时间步大小对这些方程的影响。如此一来,您可以在射线追踪 研究设置中使用极大的时间步或光程长度间隔来追踪通过吸收介质或增益介质的射线,并得到非常精确的解,从而实现性能的大幅提升。热致焦点漂移模型使用了这一新增功能。

射线释放时的波长分布

在释放复色光时,您现在可以选择指派频率分布或真空波长分布。在此之前,您只能指定频率。

以下模型使用了此功能:

演示 COMSOL Multiphysics 5.4 版本中用于指定真空波长分布的选项的屏幕截图。 “分布式布拉格反射镜”教学案例中用于指定真空波长分布的新选项的屏幕截图。 “分布式布拉格反射镜”教学案例中用于指定真空波长分布的新选项的屏幕截图。

将几何法向用于射线-边界相互作用

您可以使用几何光学 接口中的新选项来控制如何计算面法向。精确计算面法向对于光学系统的高保真建模至关重要。现在,您可以选择使用边界网格法向或参数化几何法向(如果可用)来应用射线-边界相互作用,例如反射和折射。如果模型中有任何现象导致网格变形(例如外部载荷或热应力导致的结构变形),则此选项不起作用。

以下模型使用了此功能:

演示在 COMSOL Multiphysics 5.4 版本中使用几何法向选项的屏幕截图。 使用几何法向的新选项屏幕截图(来自新的“牛顿望远镜”模型)。零视场角的均方根光斑尺寸非常小,可以忽略不计,表明此时的离散化误差最小。 使用几何法向的新选项屏幕截图(来自新的“牛顿望远镜”模型)。零视场角的均方根光斑尺寸非常小,可以忽略不计,表明此时的离散化误差最小。

新增教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本新增了四个教学案例。