COMSOL Ray Optics Module 6.3
DESCRIPCIÓN
El módulo Ray Optics Module puede utilizarse para modelar propagación de ondas electromagnéticas en sistemas en los que la longitud de onda es mucho menor que el menor detalle geométrico en el modelo. Las ondas electromagnéticas son tratadas como rayos que pueden propagarse a través de medios homogéneos o graduales. Como no es necesario resolver la longitud de onda con una malla de elementos finitos, las trayectorias de los rayos pueden calcularse sobre grandes distancias con un bajo coste computacional. Los rayos también pueden sufrir reflexiones y refracciones en los contornos entre diferentes medios.
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CARACTERÍSTICAS
Fácil configuración de modelos ópticos de rayos
El módulo Ray Optics Module contiene una variedad de condiciones de contorno, que incluyen combinaciones de reflexiones especulares y difusas. Los rayos pueden salir desde el interior de los dominios, desde los contornos, o en una rejilla uniforme de puntos. También dispone de funcionalidades especializadas de liberación de rayos para modelar radiación solar y para lanzar rayos reflejados o refractados desde una superficie iluminada. Unas herramientas de postprocesado dedicadas ofrecen muchas maneras de analizar las trayectorias de los rayos, evaluar expresiones sobre muchos rayos e incluso visualizar patrones de interferencia.
Aplicaciones multifísicas de óptica de rayos
Las tensiones, los cambios de temperatura y otros parámetros físicos a menudo pueden afectar las trayectorias de los rayos, ya sea por la deformación de la geometría del dominio o afectando a los índices de refracción dentro de los dominios. De forma similar, los rayos de alta potencia pueden generar fuentes de calor significativas que afecten al campo de temperatura y pueden causar tensiones térmicas notables. El módulo Ray Optics es completamente capaz de simular este tipo de aplicaciones multifísicas.
Las funcionalidades acumuladoras en los dominios y contornos pueden utilizarse para crear variables dependientes que almacenen información sobre los rayos en los correspondientes elementos de malla de dominio o contorno. Unas versiones especializadas de estas funciones para calcular la potencia de rayos depositada en los dominios debida a la atenuación de rayos o en los contornos debida a la absorción de los rayos también están disponibles. Utilizando estas funcionalidades Acumulador, es posible configurar acoplamientos unidireccionales o bidireccionales entre las trayectorias de los rayos y las variables dependientes creadas por otras interfaces físicas. Esto puede utilizarse, por ejemplo, para crear modelos autoconsistentes de efectos de enfoque térmico.
Funcionalidades de postprocesado dedicado para analizar rayos
Se pueden visualizar rayos utilizando el gráfico de trayectorias de rayos, al que se puede añadir una expresión del color o una deformación. Esto puede utilizarse, por ejemplo, para deformar rayos polarizados para visualizar la amplitud del campo eléctrico instantáneo. El gráfico de rayos permite el graficado de una propiedad del rayo respecto el tiempo para todos los rayos o dos propiedades de los rayos contra el otro en un conjunto específico de pasos de tiempo. Con el gráfico de patrón de interferencias se puede observar la interferencia de rayos polarizados que intersectan en un plano de corte. Otras herramientas de postprocesado incluyen la funcionalidad de Evaluación de Rayos, para generar tablas de datos numéricos, el mapa de Poincaré (diagrama de spot) para observar la intersección de trayectorias de rayos con un plano, y el retrato de fase para graficar dos variables contra la otra para todos los rayos como puntos en el espacio de fases.
Herramientas incorporadas para analizar la intensidad, polarización y otras características de los rayos
Dentro del módulo Ray Optics Module se ha construido un conjunto de interfaces especializadas para aplicaciones particulares y descripciones físicas conocidas como interfaces físicas. La interfaz de óptica geométrica incluye variables opcionales para calcular la intensidad de rayos utilizando los parámetros de Stokes, permitiendo el modelado de radiación polarizado, parcialmente coherente o no polarizada. La polarización puede cambiarse en los contornos utilizando condiciones de contorno para componentes ópticos típicos, como polarizadores lineales y retardadores de onda. Cuando se calcula la intensidad, los rayos se tratan como frentes de onda para los que se calcula el radio principal de curvatura, permitiendo visualizar superficies corrosivas con facilidad. En los límites entre medios, los coeficientes de reflexión y transmisión son calculados utilizando las ecuaciones de Fresnel, con la opción de aplicar correcciones basándose en la presencia de películas finas dieléctricas. Cuando el campo eléctrico instantáneo es de interés, como en interferometría, se puede activar una variable para la fase. Otros ajustes de interfaz física pueden utilizarse para habilitar el cálculo de longitudes de caminos ópticos, permitiendo lanzar los rayos con una distribución de frecuencia, y mejorar la precisión de las trayectorias de rayos en medios absorbentes.
Configuración del resolvedor conveniente utilizando ajustes del resolvedor a medida
Aunque las trayectorias de los rayos se calculan en el dominio del tiempo, no siempre es necesario especificar una lista de pasos de tiempo. El paso de estudio de trazado de rayos puede usarse entonces para las trayectorias de los rayos especificando directamente el rango deseado de longitudes de caminos ópticos. El estudio puede hacerse más eficientemente utilizando condiciones de parada internos para terminar el resolvedor dependiente del tiempo si todos los rayos salen del dominio de modelado o si los rayos remanentes tienen una intensidad despreciablemente pequeña, evitando al resolvedor de hacer pasos temporales innecesarios.
SECTORES
El módulo es de aplicación en numerosos ámbitos como pueden ser:
- Ciencias y física de la edificación
- Cámaras
- Recubrimientos
- Imagen
- Calentamiento de rayos
- Espectrometría
- Interferometría
- Láser
- Sistemas de lentes
- Componentes ópticos
- Energía solar
- Monocromadores
VERSIONES
6.3
NOVEDADES
Se añade un nuevo gráfico de función de transferencia de modulación geométrica, una funcionalidad para modelar vidrio dispersivo especificando el índice de refracción y el número de Abbe, y dos nuevos modelos de tutorial.
Nueva gráfica de función de transferencia de modulación geométrica predeterminada
En esta versión, los diagramas de puntos y los gráficos de la función de transferencia de modulación geométrica (MTF) ahora se pueden generar automáticamente como gráficos predeterminados para aplicaciones de imágenes. La interfaz Geometrical Optics presenta una nueva sección de Results en la ventana Settings, que facilita esta nueva funcionalidad de gráficos. Puede ver esta nueva característica en los modelos tutoriales Petzval Lens Geometric Modulation Transfer Function y Plano-Convex Lens Orientation.
Diagramas de puntos y gráficos geométricos MTF para un modelo de lente Petzval.
Especificar el modelo de dispersión mediante el número de Abbe
En la ventana Settings de la función Medium Properties, se ha añadido una nueva funcionalidad para modelar el vidrio dispersivo mediante la especificación del índice de refracción y el número de Abbe. La nueva opción Specify relative refractive index and Abbe number en la lista Refractive index of domains habilita el modelo de dispersión óptica y proporciona tres opciones de modelo de dispersión: Cauchy , Conrady y Lineal. Al seleccionar la casilla de verificación Change reference wavelengths, es posible modificar las longitudes de onda de referencia para las definiciones del índice de refracción y del número de Abbe.
Controlar la aleatoriedad en las funciones de liberación de rayos
En la interfaz de Geometrical Optics, la propiedad Arguments for random number generation existente ahora también controla los generadores de números aleatorios utilizados por las funciones de liberación de rayos.
- Cuando se selecciona la opción Generate unique arguments, la semilla del generador de números aleatorios se establece internamente y permanece fija. Esto garantiza que las condiciones iniciales de los rayos permanezcan constantes cada vez que se resuelva el modelo (inalterado).
- Al seleccionar la opción Generate random arguments, se aleatoriza la semilla en tiempo de ejecución, lo que permite diferentes condiciones iniciales para cada simulación. Esta opción es particularmente útil para simulaciones de tipo Monte Carlo que requieren resultados variados.
- La opción User defined proporciona un control directo sobre la semilla. Cuando se selecciona esta opción, aparece un nuevo campo llamado Additional input arguments for random number generator en la sección Advanced Settings de la ventana de configuración de la función de liberación, lo que le permite especificar la semilla manualmente. Estos generadores de números aleatorios se pueden utilizar para controlar la distribución de las direcciones iniciales de los rayos, los tiempos de liberación y los valores iniciales de las variables dependientes auxiliares.
Los rayos se liberan desde una distribución cónica con direcciones muestreadas aleatoriamente.
Absorbencia de recubrimientos
En la ventana Settings de la función Material Discontinuity, ahora es posible especificar valores de absorbancia de las capas de revestimiento de lentes o cristales si se elige Specify reflectance o Specify transmittance en la lista Thin dielectric films on boundary. La casilla de verificación Specify different values for s- and p-polarization también está disponible para especificar valores de absorbancia diferentes para polarización s y p.
Nuevas opciones para seleccionar rayos en las funciones del acumulador
Se ha añadido una nueva opción a la ventana Settings de la función Acumulator para las selecciones de dominios y límites, lo que permite la selección de grupos de rayos en función de sus funciones de liberación. Cuando el modelo contiene varias funciones de liberación, la nueva opción Release feature permite especificar si la variable acumulada debe verse afectada por todos los rayos o solo por los emitidos desde una función de liberación específica.
Nuevos modelos tutoriales
Plano-Convex Lens Orientation
Comparación de los gráficos geométricos de MTF para dos orientaciones diferentes de una lente plano-convexa. La primera orientación es el lado convexo de la lente que mira hacia la fuente del haz colimado y la siguiente es el lado plano que mira hacia el haz colimado.
6.2
NOVEDADES
Liberar haz gaussiano con sección transversal elíptica
La funcionalidad Gaussian Beam ahora se puede utilizar para definir la sección transversal de un haz de rayos liberado para modelos 3D. En la ventana Settings puede elegirse entre una sección transversal Circular o Elliptical. La opción Circular equivale a la funcionalidad proporcionada en versiones anteriores para secciones transversales de haces circulares. Con la nueva opción Elliptical, puede especificarse la relación entre los ejes mayor y menor de la elipse en el campo Aspect ratio que aparece, y se puede especificar la orientación del eje mayor con referencia perpendicular al eje del haz en el campo Major axis direction. El eje mayor siempre se refiere al diámetro de la sección transversal circular correspondiente. La opción Elliptical brinda la flexibilidad de modelar haces que no son perfectamente simétricos en el eje.
Un ejemplo de un haz gaussiano con sección transversal elíptica.
Actualizaciones de la biblioteca de materiales ópticos
Dentro de la biblioteca de materiales Optical, disponible en el módulo Ray Optics Module y el módulo Wave Optics Module, se han añadido más de 90 vidrios nuevos de CDGM Glass Co., Ltd. Los nuevos vidrios contienen todas las propiedades necesarias para realizar análisis de rendimiento estructural-térmico-óptico (STOP).
Nuevos modelos tutoriales
Michelson Interferometer
Una configuración sencilla de un interferómetro de Michelson con un patrón de interferencia en la pantalla.
6.1
NOVEDADES
En la versión 6.1, los usuarios de Ray Optics Module, encontrarán una nueva función para calcular tasas de fluencia, generación mejorada de números pseudoaleatorios (PRNG) y materiales adicionales en la biblioteca de materiales ópticos.
Cálculo de tasa de fluencia
La tasa de fluencia se define como la cantidad de radiación que incidiría en un pequeño detector esférico en cualquier lugar del dominio de simulación, dividida por el área de la sección transversal de dicho detector. Ahora, una nueva característica del acumulador de dominio, Cálculo de tasa de fluencia, está disponible para calcular la tasa de fluencia. Esta funcionalidad es de utilidad cuando se simulan sistemas de purificación ultravioleta (UV) porque se puede utilizar para predecir la cantidad de radiación UV que absorberán las bacterias y otros patógenos al pasar por una fuente de radiación UV.
Puede verse esta nueva función en los nuevos modelos tutoriales "Annular Ultraviolet Reactor" y "Annular Ultraviolet Reactor with Particle Tracing".
Gráfico de corte de la tasa de fluencia que rodea una lámpara UV. También se muestra una pequeña fracción de rayos.
Generación mejorada de números pseudoaleatorios
El módulo Ray Optics Module incluye una variedad de funcionalidades que se basan en PRNG, como:
- Modelado de Monte Carlo de la extinción de la luz en medios cargados de partículas
- Dispersión difusa e isotrópica
- Perturbaciones normales de superficie para modelar contornos aproximados
- Interacciones condicionales del contorno del rayo
Los métodos PRNG utilizados en estos ejemplos se han mejorado y es menos probable que incurran en correlaciones entre números aleatorios que, idealmente, no deberían estar correlacionados. Esto incluye condiciones de contorno aleatorias que actúan sobre diferentes rayos, así como correlaciones no deseadas entre componentes de vectores generados aleatoriamente. El modelo de tutorial de "Solar Dish Receiver" existente muestra esta nueva mejora.
Rayos reflejados de un plato parabólico, incluidos los efectos del oscurecimiento del limbo solar y la rugosidad de la superficie. El modelo de rugosidad aplica una perturbación generada pseudoaleatoriamente a la dirección normal de la superficie al inicializar la dirección de cada rayo liberado.
Opción para almacenar solo variables acumuladas en la solución
Dependiendo de su aplicación, las variables acumuladas (como la potencia del rayo depositado o la tasa de fluencia dentro de un dominio) pueden ser información más valiosa que la posición y dirección de los rayos individuales. Ahora existe la opción de retener solo las variables acumuladas en la solución y descartar los grados de libertad asociados con los rayos, lo que reduce el tamaño del archivo. Puede verse esta función en los nuevos modelos tutoriales "Ultraviolet Reactor" y "Annular Ultraviolet Reactor with Particle Tracing".
Configuraciones para la interfaz de Óptica Geométrica cuando solo se almacena la tasa de fluencia en la solución (no las posiciones de los rayos individuales) para reducir el tamaño del archivo.
Actualizaciones de la biblioteca de materiales ópticos
En la biblioteca de materiales ópticos, disponible en el Ray Optics Module y en Wave Optics Module, se han añadido los vidrios i-line y de sílice fundido de Ohara Corporation. En comparación con otros tipos de vidrio, el sílice fundido y los vidrios i-line generalmente tienen una mayor transmitancia en longitudes de onda ultravioleta y ultravioleta cercana.
Nuevos modelos tutoriales
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Annular Ultraviolet Reactor |
Annular Ultraviolet Reactor with Particle Tracing |
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Ray Optics Modeling of a Fresnel Lens |
6
NOVEDADES
La versión 6.0 dispone de una biblioteca de materiales ópticos mejorada significativamente y actualizada en la que las propiedades estructurales y térmicas se enumeran junto con los coeficientes de dispersión óptica y datos de transmitancia internos para más de 500 vidrios ópticos. En otros lugares, se han introducido nuevas funciones de liberación de rayos para modelar los rayos gaussianos y la emisión de radiación de cuerpo negro desde las superficies.
Mejoras en la biblioteca de materiales ópticos
En la Biblioteca de material óptico, disponible para el módulo Ray Optics Module y Wave Optics Module, las gafas de SCHOTT AG, CDGM Glass Company Ltd., Ohara Corporation y Corning Inc. ahora se presentan con datos de materiales más completos. Además de los coeficientes de dispersión óptica y los coeficientes termoópticos, muchos de estos vidrios ahora incluyen transmitancia interna, densidad, módulo de Young, relación de Poisson, coeficiente de expansión térmica lineal, conductividad térmica y capacidad calorífica específica. Con la inclusión de datos de materiales más completos para vidrios ópticos, ahora es más fácil que nunca configurar modelos de análisis de rendimiento óptico-térmico-estructural acoplados (STOP).
Los rayos de tres ángulos de campo diferentes se trazan para una lente Petzval, donde el índice de refracción de la línea d se muestra como un gráfico de corte. El vidrio óptico se carga desde la biblioteca de material óptico que se muestra a la derecha.
Nuevas formas de definir los medios absorbentes
En la interfaz de Óptica Geométrica, hay nuevas formas de definir un medio absorbente. Por un lado, simplemente puede especificarse el coeficiente de atenuación. Alternativamente, se puede introducir la transmitancia interna, que es la fracción de la intensidad de la luz que se transmitiría a través de una muestra de material de un grosor dado sin tener en cuenta las pérdidas de Fresnel en las superficies. Muchos de los materiales de la Biblioteca de materiales ópticos ahora controlan las características de absorción al incluir tablas de búsqueda de datos de transmitancia interna. En versiones anteriores, la única forma de configurar un medio absorbente era introduciendo las partes real e imaginaria del índice de refracción directamente (la parte imaginaria o parte imaginaria negativa a veces recibe el nombre de coeficiente de extinción).
Captura de pantalla de la entrada para la transmitancia interna en un material definido por el usuario.
Característica de liberación del rayo de haz gaussiano
La funcionalidad de liberación de rayos Gaussian Beam ahora está disponible al resolver la intensidad o potencia del rayo. Se puede añadir para liberar rayos con una distribución gaussiana de intensidad o potencia inicial. Puede especificarse el radio de la cintura del haz, el semiángulo de divergencia del haz o el rango de Rayleigh; el perfil de intensidad del haz se calcula automáticamente. La funcionalidad Gaussian Beam se puede utilizar de dos formas diferentes. Si el rango de Rayleigh del haz es muy pequeño en comparación con la geometría del modelo, entonces esta característica trata al haz como una fuente puntual, desde la cual los rayos siguen una distribución cónica con una intensidad inicial dependiente del ángulo. Alternativamente, si el rango de Rayleigh es significativamente mayor que el tamaño de la geometría, puede liberar un haz colimado en el que todos los rayos siguen trayectorias paralelas.
Configuración de la función de liberación de rayos Gaussian Beam. Se muestra un rayo típico, con una expresión de color proporcional a la potencia del rayo.
Funcionalidad de liberación de rayos de radiación de cuerpo negro
Ahora se pueden liberar rayos desde una superficie con la distribución de potencia y longitud de onda de una fuente de radiación de cuerpo negro ideal. La funcionalidad dedicada de Radiación de cuerpo negro, disponible en modelos 3D, asigna la intensidad y la potencia iniciales de los rayos liberados en función de la temperatura de la superficie. Si la interfaz de Óptica Geométrica se ha configurado para permitir la liberación de luz policromática, entonces la longitud de onda o frecuencia de los rayos se muestrea automáticamente a partir de una función de distribución de Planck basada en la temperatura de la superficie. Las funciones de liberación de rayos más generales, como Liberar desde rejilla y Release from boundary, también permiten liberar luz policromática siguiendo una distribución de Planck, aunque en este caso la intensidad y la potencia del rayo inicial se especifican por separado.
Emisión de cuerpo negro desde la superficie de una brida de enfriamiento. Los rayos están coloreados en escala de grises en proporción a su potencia.
Nuevas formas de especificar la distribución de la intensidad inicial
Hay nuevos ajustes disponibles para liberar rayos con una distribución ponderada de la potencia inicial del rayo. En la configuración de la mayoría de las funciones de liberación de rayos, como Liberar o Liberar desde rejilla, puede elegir asignar una distribución ponderada de la intensidad o potencia inicial. La potencia total sobre todos los rayos seguirá sumando a la potencia de fuente total especificada, pero la potencia de los rayos individuales puede ser proporcional a un factor de ponderación, que podría ser una función de la posición y dirección inicial del rayo. Esto podría usarse para asignar directividad a fuentes de rayos personalizadas.
Ajustes para una función de liberación de rayos con potencia de rayo inicial ponderada.
Transformaciones al cargar coordenadas de rayos desde un archivo
Cuando se usa el nodo Liberar desde archivo de datos para cargar las posiciones de liberación de rayos desde un archivo, ahora puede aplicar Transformaciones a las coordenadas iniciales. Puede utilizar cualquier combinación de dilatación (escala), rotación y traslación. Opcionalmente, si la dirección del rayo inicial también se carga desde un archivo, puede aplicar la misma rotación tanto a la posición como a la dirección.
Se utilizan dos instancias de la función Liberar desde archivo de datos para mover, rotar y escalar la distribución de los rayos liberados por una lámpara.
Posprocesado más sencillo del índice de refracción y el número de Abbe
Las variables internas de posprocesado ahora están disponibles para el índice de refracción en la línea D de helio, la línea F de hidrógeno y la línea C de hidrógeno. También se define el número de Abbe. Estas variables integradas se pueden utilizar en cualquier tipo de gráfico (como gráficos de corte o volumen) para visualizar el índice de refracción o la dispersión de todos los vidrios ópticos en un modelo de óptica de rayos. Estas nuevas funciones de posprocesado se muestran en los modelos tutoriales Double Gauss Lens y Petzval Lens.
Un gráfico del tutorial Petzval lens. La expresión del color a lo largo de los rayos indica su distancia desde el centro del punto en el plano de la imagen. El color de las lentes muestra su índice de refracción de la línea d. Es fácil ver el contraste entre los vidrios crown y flint en los dobletes cimentados.
Liberación de la mejora del campo eléctrico
Ahora es más fácil liberar rayos con intensidad inicial y polarización basada en la solución FEM de onda completa de un dominio adyacente. Cuando se usa el nodo Liberación del campo eléctrico, la dirección inicial del rayo ahora se puede tomar directamente del vector de Poynting del campo resuelto en el dominio adyacente.
Se utiliza una solución FEM de onda completa basada en la interfaz de ondas electromagnéticas y envolventes de haz para inicializar la intensidad, la polarización y la dirección de los rayos liberados.
Nuevos modelos tutoriales
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Petzval Lens Optimization |
Microlithography Lens |
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Rowland Circle Spectrometer |
5.6
NOVEDADES
Representación gráfica de rayos más rápida y precisa
Cuando se representa gráficamente un gráfico de Trayectoria de Rayos, puede utilizarse un nuevo ajuste para representar con precisión todos los puntos de intersección de rayos con superficies en la geometría, incluso si no se corresponden a pasos de tiempo de salida en los datos de la solución. Para representar perfectamente cada punto de intersección de cada rayo con la superficie, las implementaciones antiguas escalaban cuadráticamente con el número de rayos, mientras que el nuevo comportamiento escala linealmente con el número de rayos, proporcionando potencialmente una aceleración masiva cuando el número de rayos es muy grande. Esto también aplica al cálculo de puntos de intersección entre rayos y una esfera, hemisferio o plano.
La nueva opción "Todo" en los ajustes del gráfico de Trayectoria de rayos proporciona visualización de rayos más rápida y precisa.
Transparencia parcial en gráficos
Mientras ahora puede utilizarse transparencia parcial en gráficos a lo largo de una amplio rango de áreas de aplicación, su uso en óptica de rayos es notable porque muchos gráficos tendrán múltiples capas, como trayectorias de rayos junto con superficies en la geometría circundante. La transparencia parcial permite mostrar los rayos de forma más clara incluso a medida que se propagan a través del cañón de una cámara.
Los rayos se dibujan como líneas opacas en un sistema de lentes transparentes.
Dispersión óptica en dominios
Ahora se puede modelar atenuación de rayos en un dominio que contiene gotas de agua, polvo, humo, burbujas, u otras pequeñas partículas con el nodo de Dominio de dispersión. Esta nueva funcionalidad calcula las secciones cruzadas de extinción, dispersión y absorción de las partículas dispersadas. Soporta la teoría de Rayleigh, la teoría de Mie y algunos modelos asintóticos para partículas de dispersión ópticamente grandes. Las funciones que calculan las secciones cruzadas de extinción y dispersión a partir de la teoría de Mie ahora están disponibles como funciones generales, y pueden utilizarse en cualquier sitio del software COMSOL®. La extinción de rayos puede ser aleatoria o, si la intensidad de rayos se resuelve, cada intensidad de rayo puede ser atenuada continuamente.
Reflexión y refracción en superficies rugosas
Una funcionalidad Scattering boundary ha sido introducida para permitir más flexibilidad en cómo los rayos son dispersados por superficies. Ahora se puede escoger dispersar rayos en reflexión y transmisión.
Los rayos pueden ser dispersados en ambas direcciones con la condición de contorno Scattering Surface
Condición de contorno de lente ideal
Una funcionalidad de Lente ideal puede utilizarse para modelar una superficie paraxial con una longitud focal conocida. También puede utilizarse formulaciones de lente fina y gruesa para especificar la lente paraxial equivalente.
La funcionalidad de Lente Ideal puede utilizarse para modelar una lente "perfecta".
Nueva liberación de rayos basada en cono: Cono plano en 3D
En modelos 3D, cuando se libera un cono de rayos, ahora se puede escoger para definir un abanico de rayos o un cono plano. Se puede orientar el cono aplanado de rayos de forma que caiga en cualquier plano. Adicionalmente, otras funcionalidades de liberación de rayos cónicos ofrece más flexibilidad para escoger la dirección transversal, lo que significa que ahora se dispone de más control sobre el posicionamiento exacto de rayos en la distribución cónica.
Los rayos son liberados en un cono plano en el plano xy y se propagan hacia un sistema de lentes de Gauss doble.
Muestreo aleatorio de longitudes de onda en el vacío, frecuencia y otras variables
Cuando se inicializan variables dependiente auxiliares sobre partículas, se puede muestrear sus valores iniciales determinísticamente o, nuevo en la versión 5.6, aleatoriamente. Cuando se utiliza la opción aleatoria, se puede muestrear a partir de distribuciones internas del tipo normal, lognormal, o uniforme. También puede muestrearse determinísticamente o aleatoriamente una longitud de onda o distribución de frecuencia si los rayos son policromáticos.
Reajusar la frecuencia de rayos o longitud de onda del vacío
Cuando los rayos se reflejan en un contorno, ahora se puede escoger reinicializar su longitud de onda de vació o frecuencia. Se puede especificar un nuevo valor directamente o muestrearlo de una distribución.
Muestreo más fácil de distribuciones uniformes
Cuando se inicializa una variable dependiente auxiliar sobre partículas, si el valor inicial se muestrea de una distribución uniforme, ahora se especifica el valor máximo y mínimo en la distribución. Previamente era necesario especificar una media y una desviación estándar. Esto siempre aplica a valores iniciales de la frecuencia de rayos o longitud de onda en el vacío cuando se libera luz policromática. Puede verse este nuevo ajuste en el modelo "Czerny-Turner Monochromator".
Película dieléctrica delgada absorbente
Ahora puede calcularse la potencia de rayos depositados en películas dieléctricas finas absorbentes en contornos añadiendo el subnodo Potencia de rayos depositados a un nodo Discontinuidad del material. Si la superficie reflectante y refractante tienen una capa con un índice de refracción con valores complejos, entonces alguna energía se depositará en la superficie. Además, la convención de signos para manejar índices de refracción complejos en películas dieléctricas delgadas ha sido actualizado para que sea más consistente con el tratamiento de índices de refracción complejos en dominios.
Nuevas partes de geometría
En la versión 5.6 la Biblioteca de partes para el módulo Ray Optics ofrece una parte nueva Lente poligonal esférica.
Matriz de microlentes utilizando la nueva parte Lente poligonal esférica.
Nuevos modelos tutoriales
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Double Gauss Lens Image Simulation |
Petzval Lens Geometric Modulation Transfer Function |
5.5
NOVEDADES
La versión 5.5 del módulo Ray Optics trae modelado multiescala con nuevas funcionalidades para acoplar electromagnetismo en el dominio de la frecuencia con el módulo RF Module o Wave Optics Module a óptica de rayos, un gráfico de Spot Diagram dedicado que facilita mucho el postprocesado, y mejoras en la condición de contorno de Grating, incluyendo una funcionalidad dedicada Cross Grating. Veamos más detalles:
Modelado electromagnético multiescala
Dos nuevas funcionalidades de liberación de rayos permiten el modelado electromagnético multiescala con el módulo Ray Optics Module en combinación con RF Module o Wave Optics Module. La funcionalidad es sencilla y está completamente integrada en el flujo de trabajo del Constructor del Modelo.
Los ajustes combinados de trazado de rayos y modelado de onda completa en el Model Builder.
En este caso, multiescala significa que las ondas están modeladas sober escalas de longitud comparable a la longitud de onda así como a escalas de longitud que pueden ser mucho mayores. El método de los elementos finitos (FEM) se utiliza a la escala de la longitud de onda y la aproximación de trazado de rayos se utiliza para modelar propagación a largas distancias.
Utilice la nueva funcionalidad de Release from Electric Field para lanzar rayos desde una superficie; la intensidad inicial y polarización de los rayos se toman del campo eléctrico en una región adyacente. Esto permite modelar primero la propagación de onda electromagnética sobre una distancia comparable a la longitud de onda, utilizando la interfaz Electromagnetic Waves, Frequency Domain o Electromagnetic Waves, Beam Envelopes, y entonces extender el modelo sobre una distancia mucho más grande a través del trazado de rayos. De forma similar, puede utilizarse la nueva funcionalidad Release from Far-Field Radiation Pattern para lanzar rayos fuera desde un punto, o rejillas de puntos, basándose en una función de campo lejano definida en una estudio previo. Cuando se liberan rayos, se puede transformar el diagrama de radiación especificando ángulos de Euler. Esto permite liberar rayos desde muchas orientaciones de antena, sin tener que recalcular el diagrama de radiación.
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Gráfico Spot Diagram
Con el gráfico dedicado Spot Diagram ahora puede graficar más fácilmente los puntos de intersección de los rayos con una superficie, acelerando significativamente el postrpocesado de los modelos de rayos ópticos. La superficie puede ser un contorno físico en la geometría o un contorno virtual creado por el conjunto de datos Intersection Point 3D.
El gráfico Spot Diagram incluye herramientas dedicadas para personalizar y organizar el gráfico como:
- Filtrar rayos para que no aparezcan en el gráfico
- Ordenar rayos basándose en la longitud de onda o el ángulo del campo de forma que aparezcan como un array de manchas focales distintas
- Localizar automáticamente el plano de mínimo tamaño de mancha focal cuadrático medio (RMS) y crear un conjunto de datos allí.
- Visualizar anotaciones de texto como el tamaño de la mancha focal, longitud de onda y posición
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Mejoras en el gráfico de aberraciones ópticas
El gráfico Optical Aberration tiene nuevos ajustes que facilitan el cálculo de los coeficientes del polinomio de Zernike que describe las aberraciones monocromáticas. Existen opciones de filtrado incorporadas para eliminar rayos basándose en la longitud de onda, el número de reflexiones o una funcionalidad de liberación. Existe también un nuevo comando para definir automáticamente un hemisferio de referencia centrado en el foco rms. Puede verse esta nueva funcionalidad en los modelos Double Gauss Lens y Newtonian Telescope Structural Analysis.
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Funcionalidad de rejilla cruzada
La nueva funcionalidad Cross Grating trata un contorno como una subestructura periódica con dos direcciones diferentes de periodicidad. En contraste, el nodo existente Grating permite una dirección de periodicidad y trata la subestructura como homogénea en la dirección ortogonal. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo Cross Grating Échelle Spectrograph.
Visualización de las ecuaciones en la ventana de Ajustes para la nueva funcionalidad Cross Grating.
Mejoras en rejillas
La funcionalidad Grating ha sido actualizada significativamente en la versión 5.5. Ahora puede clicarse un botón Add Diffraction Orders para crear automáticamente subnodos para todos los órdenes de difracción que la rejilla pueda liberar, basándose en la longitud de onda de los rayos utilizados en el modelo. Alternativamente, se pueden especificar órdenes de difracción relativos para la rejilla. Esto es de particular utilidad en rejillas "blazed" donde los órdenes de difracción absolutos con los números de orden relativo más bajos son aquellos que muestran la menor desviación de los ángulos de reflexión total. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo White Pupil Échelle Spectrograph.
Modelo del aire para exterior y dominios vacíos
Ahora se puede tratar el espacio vacío fuera de la geometría, y en dominios no mallados, como aire utilizando el modelo Edlen incorporado, que expresa con precisión el índice de refracción del aire en función de la temperatura y la presión. Esto permite modelar fácilmente sistemas ópticos que han sido optimizados para condiciones atmosféricas, en vez del vacío. Como siempre, el exterior y los dominios no mallados deber ser homogéneos. La temperatura y presión exterior son entradas escalares que pueden aplicarse en toda la región.
El modelo de dispersión óptica Air, Edlen (1953) puede utilizarse en exteriores y dominios no mallados.
Nuevo tipo de liberación: Cono hexapolar
Cuando se liberan rayos en un cono, se dispone de un nuevo tipo de Conical distribution: Hexapolar. Para la opción de cono hexapolar, los rayos son liberados en ángulos distribuidos uniformemente desde el eje del cono, con cada anillo teniendo seis rayos más que el anillo previo.
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Funcionalidades de liberación de rayos renombradas
En COMSOL Multiphysics® 5.5 se han renombrado funcionalidades de liberación de rayos. La Entrada (Inlet) ahora se denomina Release from Boundary, y la entrada en eje (Inlet on Axis) (en modelos 2D axisimétricos) ahora se llama Release from Symmetry Axis.
Elección de funcionalidades de contorno en la interfaz Geometrical Optics en una geometría 2D axisimétrica.
Nuevas partes de espejo poligonal
Ahora se pueden añadir espejos poligonales a la geometría utilizando la Librería de Partes para el módulo Ray Optics. Los nuevos espejos poligonales se llaman Spherical Polygonal Mirror 3D, Conic Polygonal Mirror On Axis 3D y Conic Polygonal mirror Off Axis 3D. Puede verse la parte Conic Polygonal Mirro Off Axis 3D en el modelo Keck Telescope.
Las nuevas partes de espejo poligonal son similares a las partes de espejo existentes. El número de lados y la orientación del polígono resultante puede ser especificado. Tambien son posibles espejos poligonales esféricos, cónicos en eje y cónicos fuera del eje.
Partes de lentes asféricas y espejos
Las lentes asféricas y espejos de la Librería de partes del módulo Ray Optics han sido revisadas y se dispone de varios nuevos elementos:
- Aspheric Even Lens 3D (reemplazo mejorado para la Aspheric Lens 3D, que se ha pasado a partes heredadas)
- Aspheric Even Mirror 3D
- Aspheric Odd Lens 3D
- Aspheric Odd Mirror 3D
- Aspheric Q-type Qbfs Lens 3D
- Aspheric Q-type Qbfs Mirror 3D
- Aspheric Q-type Qcon Lens 3D
- Aspheric Q-type Qcon Mirror 3D
Aquí, "Q-type" indica un tipo de base polinómica ortogonal que es utilizado para definir el hundimiento de la superficie de la lente o el espejo. "Qbfs" y "Qcon" indican que los polinomios describen la desviación de un "mejor ajuste de esfera" y una cónica, respectivamente. La ventaja de definir asferas Q-type respecto las asferas pares e impares es que todos los coeficientes de los polinomios tienen aproximadamente el mismo orden de magnitud, así que hay menos riesgo de errores numéricos debidos al redondeo. Puede verse el uso de la Aspheric Even Lens 3D en los modelos Compact Camera Module y Schmidt Cassegrain Telescope models.
Partes de lentes doblete y triplete
Dos nuevas partes de lente multiplet están ahora disponibles en la Librería de partes para el módulo Ray Optics Module: Spherical Doublet Lens 3D y Spherical Triplet Lens 3D. Para ambas partes se puede especificar si las lentes individuales están cimentadas juntas o si axista un espacio de aire entre ellas. Puede verse la Spherical Doublet Lens 3D en el modelo Cross Grating Échelle Spectrograph.
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Previsualización de posiciones de liberación de rejilla
Cuando se liberan partículas desde una rejilla de puntos utilizando la funcionalidad Release from Grid, ahora se puede previsualizar las posiciones iniciales de las partículas en la ventana gráfica. En la sección de Initial Coordinates de la ventana de Ajustes, se hace clic en el botón Preview Initial Coordinates para ver las coordenadas iniciales de las partículas como una rejilla de puntos. Haciendo clic en el botón Preview Initial Extents se ve la extensión espacial de las coordenadas iniciales como una caja delimitadora. Estos botones permiten verificar las posiciones iniciales de partículas antes de correr un estudio.
Además, cuando se hace clic con el botón derecho en un nodo de Estudio y se hace clic en Get Initial Value, se puede previsualizar las posiciones iniciales de las partículas y las velocidades para todos los tipos de liberación.
Ventana gráfica después de hacer clic en el botón Preview Initial Coordinates.
Ventana gráfica después de hacer clic en el botón Preview Initial Extents.
Condición de pared de dispersión isotrópica
Ahora se puede seleccionar Isotropic scattering como condición de pared cuando lasa partículas golpean los contornos en la geometría. Como la condición de Diffuse scattering, la condición de dispersión isotrópica hace que las partículas se reflejen con direcciones de velocidad muestreada aleatoriamente alrededor de la normal de superficie. Sin embargo, mientras la condición de dispersión difusa utiliza una distribución de probabilidad basada en la ley del coseno, la condición de dispersión isotrópica sigue una probabilidad que da igual flujo a través de cualquier ángulo sólido diferencial en el hemisferio.
comparación de condiciones de pared de dispersión difusa (izquierda) e isotrópica (derecha). Cada lado muestra una distribución de 1000 partículas.
5.4
NOVEDADES
Mejoras en la bibiioteca de partes
La Part Library para el Ray Optics Module ha sido revisada en la versión 5.4, con varias importantes mejoras.
Como que las lentes y espejos han cambiado sustancialmente las parte legadascon secuencias geométricas antiguas estarán disponibles solo por un tiempo limitado.
Menos contornos internos
Las lentes de la nueva biblioteca generalmente tienen menos aristas internas en comparación con sus contrapartidas en la versión 5.3a. El error de discretización de la malla para reflexión y refracción normalmente es peor para los rayos que alcanzan un elemento de contorno adyacente a una arista en 3D, por lo tanto las nuevas partes son mucho menos propensas a errores de discretización. El resultado es significativamente más preciso en la versión 5.4 cuando los rayos se trazan a través de de sistemas ópticos complicados.
Nuevas partes y variantes de partes
La parte Conic Mirror Off Axis 3D ahora está disponible como una variante estándar o independiente. Esto afecta a la forma y orientación de la cara opuesta a la superficie reflectante.
Las partes tipo lentes Spherical Equi-Concave, Equi-Convex, Plano-Concave y Plano-Convex pueden ser especificadas utilizando una de las cuatro variantes:
- Radio de curvatura y grosor central
- Longitud focal efectiva y grosor central
- Radio de curvatura y grosor del borde
- Longitud focal efectiva y grosor del borde
Las siguientes nuevas partes también están disponibles
- Elliptical Planar Mirror
- Spherical Mirror
- Rectangular Planar Annulus
Modelos de dispersión óptica
El nodo Medium Propoerties para la interfaz Geometrical Optics ahora soporta un amplio abanico de modelos de dispersión óptica populares, como la ecuación de Sellmeier y sus variantes. Si un material óptico que tiene un cierto conjunto de coeficientes de dispersión óptica se carga en el modelo Geometrical Optics, entonces la relación de dispersión puede detectarse automáticamente. Esto posibilita trazar rayos a través cristales hechos por diferentes fabricantes, que podrían utilizar diferentes conjuntos de coeficientes de dispersión óptica.
Algunos de los modelos de dispersión óptica integrados incluyen dependencia con la temperatura, lo que facilita la configuración y correr análisis STOP (structural-thermal-optical-performance) de alta fidelidad.
Distribuciones de longitud de onda en la liberación de rayos
La luz policromática ahora puede ser especificada de una de las dos formas: especificando los valores de distribución de frecuencia o una distribución de longitudes de onda en el vacío.
Precisión mejorada para el trazado de rayos en medios absorbentes
El algoritmo para calcular la potencia de la intensidad de los rayos en un medio absorbente, donde el índice de refracción es complejo, ha sido mejorado. El nuevo algoritmo tiene un error numérico significativamente más pequeño, especialmente cuando los pasos temporales o los intervalos de longitud de camino óptico en el estudio son muy grandes.
Normales geométricas para interacciones rayo-contorno
La casilla Use geometry normals for ray-boundary interactions puede seleccionarse en los ajustes para la interfaz Geometrical Optics. Si la geometría no se deforma, esto causa que los rayos busquen direcciones normales de la geometría parametrizada en lugar de la malla del contorno, si las normales pueden ser accedidas de esta manera. Al seleccionar la casilla se posibilita trazar rayos en una configuración sin deformación con más precisión, incluso si la maya no es muy fina.
Nueva opción para cálculo de intensidad: cálcuo de potencia
Ahora es posible resolver solo intensidad, solo potencia, o ambas, a lo largo de los caminos de los rayos. Tanto con intensidad como con potencia se conoce la polarizació a lo largo de cada rayo.
El algoritmo para reinicializar la intensidad y potencia de rayos ahora es mucho más robusta para cualquier método de cálculo de intensidad. En particular, los modelos de sistemas confinados, donde el frente de ondas no está bien definido y los rayos pueden someterse a un gran número de reflexiones o refracciones, son mucho más robustos y precisos en la versión 5.4 que en la anterior 5.3a.
5.3a
NOVEDADES
Esta versión trae nuevas distribuciones de liberación de rayos y condiciones de contorno más flexibles. La biblioteca de partes dedicada para el módulo Ray Optics Module se ha ampliado con nuevos espejos y lentes.
Liberación basada en rejilla con coordenadas cilíndricas y hexapolares
Ahora se pueden liberar rayos desde una rejilla cilíndrica o hexapolar de puntos cuando se utilice la funcionalidad Liberar desde rejilla. Se puede controlar el centro y la orientación de la distribución cilíndrica, el número de posiciones radiales diferentes y el número de ángulos.
Puede especificarse distribuciones basadas en rejillas cilíndricas con espacios uniformes entre anillos de puntos de rejilla (izquierda), espacios escalados para aproximar una densidad de número espacial uniforme (medio) o un radio definidos por el usuario (derecha).
De izquierda a derecha: Rejillas hexapolares conteniendo dos, cinco y diez anillos de puntos.
Liberación más rápida desde contornos
La liberación de rayos desde contornos con distribuciones uniforme y basadas en densidad es mucho más rápida en COMSOL Multiphysics® versión 5.3a en comparación con la versión 5.3, incrementando el rendimiento de los modelos que utilizan las funcionalidades Entrada o Superficie iluminada.
La siguiente tabla muestra las mejoras del rendimiento en el modelo tutorial Solar Dish Receiver de la Biblioteca de Aplicaciones. En este modelo, un número grande de rayos es liberado desde un reflector parabólico iluminado dirigido al sol.
| Número de rayos | Tiempo de solución (s), versión 5.3 | Tiempo de solución (s), versión 5.3a | Aceleración |
| 1000 | 5 | 4 | 25% |
| 2000 | 8 | 3 | 170% |
| 5000 | 16 | 5 | 220% |
| 10000 | 41 | 6 | 7x |
| 20000 | 53 | 9 | 6x |
| 50000 | 130 | 19 | 7x |
| 100000 | 244 | 36 | 7x |
Corriendo en una CPU Intel® Xeon® ES-2620 v2 a 2.10 GHz. Utilizando 6 núcleos en 1 socket. Memoria disponible: 16.33 GB.
Suprimir la liberación de rayos reflejados durante la refracción
En las discontinuidades del material entre diferentes medios, ahora se puede controlar fácilmente qué superficies producen rayos reflejados cuando un rayo incidente es refractado. Por defecto, el rayo incidente siempre se divide en rayos reflejado y refractado, siempre que los índices de refracción en cada lado del límite sean diferentes. Opcionalmente puede impedirse que el límite produzca rayos reflejados o libere rayos reflejados únicamente cuando se satisfaga una expresión lógica especificada.
Ventana de ajustes para el nodo de Discontinuidad del material en la que los rayos reflejados se liberan basándose en la expresión lógica y>0.5.
Maneras más sencillas de especificar reflectancia y transmitancia en contornos
En los ajustes de la funcionalidad Discontinuidad de material ahora es mucho más fácil configurar un contorno con una reflectancia o transmitancia definida por el usuario, incluso si no se conocen las propiedades del material de las capas dieléctricas en la interfaz. La reflectancia o la transmitancia es un valor numérico por defecto, pero también puede ser una expresión o incluso una función analítica o de interpolación.
Nuevas opciones para configurar rejillas de difracción
Existen algunas nuevas opciones disponibles en COMSOL Multiphysics® 5.3a para proporcionar una mayor flexibilidad cuando se configuran rejillas de difracción. Para especificar la orientación de la rejilla en 3D, ahora se puede entrar la dirección de la periodicidad (de una celda unidad a la siguiente) o la dirección de las líneas en la rejilla. Adicionalmente, los rayos de difracción de orden cero ya no son más controlados automáticamente por la funcionalidad Rejilla por sí misma. En su lugar, ahora son controladas por un subnodo Orden de difracción, igual que todos los órdenes de difracción no nulos. Cuando se crea un nodo Rejilla, ahora se crea un subnodo Orden de difracción por defecto. De esta manera se pueden omitir rayos de orden cero si no son importantes para el modelo.
Ventana de ajustes para la funcionalidad Rejilla, con el nuevo subnodo de Orden de difracción.
Condición de contorno de espejo
Ahora se dispone de una condición de contorno Espejo, como un caso especial para la condición de contorno Pared, que siempre refleja especularmente los rayos incidentes
Ventana de ajustes para la funcionalidad Espejo.
Terminación de estudio basada en número de reflexiones
Ahora se puede contar reflexiones de rayos en contornos automáticamente. Simplemente se selecciona la casilla Contar reflexiones y se utilizará una variable interna para almacenar el número de veces que cada rayo es reflejado en las paredes y discontinuidades del material. Además, el paso de estudio Trazado de rayos tiene una opción integrada para acabar el estudio automáticamente si todos los rayos activos se han reflejado al menos un número especificado de veces. Esta opción se utiliza para evitar utilizar tiempo innecesario esperando que el estudio termine cuando cada rayo ya se ha reflejado muchas veces.
Mejoras en la librería de partes
Se han añadido cuatro nuevas partes a la Librería de Partes dedicada para el módulo Ray Optics Module: Spherical General Lens, Circular Planar Annulus, On Axis Conic Mirror, Off Axis Conic Mirror.
Spherical General Lens
Utilice la parte Spherical General Lens par definir lentes con dos radios de curvatura diferentes en cada lado. Esta geometría de lente es mucho más general que las partes integradas para lentes equi-convexas y plano-convexas, proporcionando entradas para especificar una apertura limpia en cualquier superficie de la lente.
Spherical General Lens en las Librerías de Partes.
Sección transversal de una lente multielemento utilizando instancias de la parte 3D Spherical General Lens.
Circular Planar Annulus
El Circular Planar Annulus es un anillo plano que puede insertarse en geometrías 3D para funcionar como un diafragma. Por ejemplo, se pueden poner alrededor de lentes en una cámara o telescopio para absorber luz extraviada. La parte también puede utilizarse sin el orificio central para proporcionar un plano circular simple.
Corte transversal de una lente con aperturas que se han definido utilizando instancias de partes Circular Planar Annulus.
On Axis Conic Mirror
On Axis Conic Mirror es un espejo axisimétrico donde el radio de curvatura y constante cónica pueden ser especificados. También se puede escoger entre tener un orificio central o no.
Un modelo sencillo de telescopio de dos espejos construido utilizando instancias de partes On Axis Conic Mirror. Además de tener un orificio central, el espejo primario incluye una definición de apertura limpia y un anillo plano en el límite frontal.
Off Axis Conic Mirror
Off Axis Conic Mirror es un espejo en el que el centro está desplazado del eje de simetría. Como en On Axis Conic Mirror, se pueden especificar el radio de curvatura y la constante cónica. El tutorial White Pupil Échelle Spectrograph de la Biblioteca de Aplicaciones demuestra el uso de esta parte, y se explica con más detalle más abajo.
Nuevos modelos tutoriales: Double Gauss Lens
Se han añadido dos nuevos tutoriales Double Gauss Lens en la Biblioteca de Aplicaciones para demostrar cómo configurar y postprocesar un sistema de lentes con una sencilla lente objetivo multielemento. Las lentes individuales se definen como instancias de partes utilizando la Librería de Partes integrada para el Módulo Ray Optics. Se dispone de dos versiones de este tutorial: una versión más sencilla en la que el estudio Trazado de Rayos se corre una vez y una versión más elaborada con un barrido paramétrico sobre diferentes longitudes de onda y ángulos de campo.
Vista de corte transversal de la Double Gauss Lens donde se muestra los rayos en el eje marginales así como los rayos principales a cuatro ángulos de campo adicionales.
Diagrama de rayos del modelo de lente Double Gauss Lens (Barrido paramétrico) utilizando múltiples longitudes de onda y ángulos de campo.
Nuevo modelo tutorial: Petzval Lens
El nuevo tutorial Petzval lens, similar al tutorial Double Gauss lens, se ha añadido a la Biblioteca de Aplicaciones para demostrar cómo configurar y postprocesar un sistema de lentes utilizando múltiples instancias de partes de la Librería de Partes integrada para el Módulo Ray Optics. En muchos casos se puede desear incluir una lente, como la lente Petzval en un sistema más grandes, lo que se demuestra en el modelo tutorial White Pupil Échelle Spectrograph (ver más abajo).
Esta vista de sección transversal del modelo de lente Petzval muestra los rayo en eje marginales, así como los rayos principales en cinco ángulos de campo adicionales.
Nuevo modelo tutorial: White Pupil Échelle Spectrograph
Un espectrógrafo Échelle es un instrumento que consta de rejillas, espejos y lentes que pueden separar luz policromática en un espectro altamente disperso. En este tutorial, se trazan rayos a través de una geometría completamente parametrizada de un espectrógrafo échelle y enfocada por una lente Petzval. El modelo utiliza dos rejillas, el enrejillado échelle (utilizada en alto orden) y la rejilla de dispersión cruzada, con diferentes direcciones de periodicidad, produciendo un array 2D de manchas focales para diferentes longitudes de onda y órdenes échelle.
White pupil échelle spectrograph. Los rayos están coloreados de acuerdo con su longitud de onda en el vacío. A la derecha hay una vista ampliada del sistema de lentes Petzval, filtrada de forma que solo se muestran los rayos axiales para cada longitud de onda.
5.3
El módulo Ray Optics de la versión 5.3 de COMSOL Multiphysics trae una nueva funcionalidad de Terminación de rayos para eliminar rayos innecesarios, funcionalidades para importar datos fotométricos, y una nueva app de simulación para diseñar
Funcionalidad Ray termination
La nueva funcionalidad Ray termination puede utilizarse para aniquilar rayos sin requerir que éstos paren en un contorno. Los rayos se pueden terminar en cuanto salen de una caja de contorno, que puede estar basada en la geometría o extensiones espaciales definidas por el usuario. Se puede utilizar la funcionalidad Ray termination para descartar información innecesaria sobre los caminos de los rayos y eliminar desorden en los gráficos de trayectorias. Más allá de las restricciones geométricas, los rayos pueden terminarse si su intensidad o potencia se hace menor que un umbral especificado o si se pierden lejos de la geometría del modelo. Esta funcionalidad se puede utilizar para evitar usar demasiados recursos computacionales en los rayos que se han atenuado debido a la presencia de medios absorbentes y rayos que tienen una intensidad extremadamente baja debido a lainteracción con superficies curvas.
Importación de archivos de datos fotométricos
Es posible especificar distribuciones no uniformes de intensidad y potencia de los rayos importando archivos de datos fotométricos en un modelo de óptica de rayos. La funcionalidad Photometric Data import soporta la extensión de archivos .ies, el formato de datos fotométricos estándar de la Illuminating Engineering Society of North America (IESNA). Para utilizar esta funcionalidad, se selecciona Photometric Data Import para la inicialización de la Intensidad en la sección Potencia de fuente total del nodo del nodo Liberar desde rejilla.
Cuando el archivo de datos fotométricos ha sido importado en un modelo, éste genera un conjunto de funciones que se utilizan para inicializar la intensidad y potencia de los rayos como función de la dirección de rayos inicial. Se pueden especificar direcciones para la horizontal fotométrica y el cero fotométrico, que indica la orientación de la lampara de acuerdo con los estándares IES.
Los rayos son liberados en una distribución hemisférica en el eje z. La expresión del color es proporcional a la intensidad de los rayos, que se generan a partir de un archivo de datos fotométricos importado.
Variantes de partes geométricas
Existen ahora varias maneras diferentes para especificar las dimensiones de las partes geométricas en la Librería de partes dedicada para el Módulo Ray Optics. Se puede seleccionar que combinación de parámetros de entrada, o Variantes de partes, se desean utilizar cuando se carga la parte en el modelo. Cuando se hace clic sobre Añadir en geometría, aparecerá un cuadro de diálogo que permite seleccionar la variante de la parte.
Nuevas partes geométricas: Concentradores parabólicos compuestos
La Librería de partes para el módulo Ray Optics ahora incluye el Concentrador parabólico compuesto (CPC). El CPC tiene superficies parabólicas suficientemente juntas de forma que el final de cada lado esté localizado en el punto focal de la cara opuesta. La luz que incide en cualquier sitio menos en un ángulo específico, llamado el ángulo medio de aceptación, siempre se transmitirá a través del concentrador, convirtiéndolo en una útil herramienta para enfocar la radiación incidente desde varias direcciones diferentes.
Cuando los rayos inciden en un ángulo igual al ángulo medio de aceptación del CPC, estos convergen hacia el foco del lado opuesto.
Emisión lambertiana
Las funcionalidades de liberación ahora incluyen una opción para liberar rayos con una distribución Lambertiana de direcciones iniciales. Los rayos se liberan con direcciones iniciales basadas en la ley del coseno de Lambert.
La ley del coseno de Lambert dice que la probabilidad de que un rayo sea liberado a través de un elmento diferencial de ángulo sólido dω con ángulo polar θ es proporcional a cos θ. En comparación, en la distribución hemisférica isotrópica, el rayo es liberado con igual probabilidad a través de cualquier ángulo sólido diferencial del hemisferio.
Comparación de distribución de rayos en una liberación hemisférica isotrópica (izquierda) y una liberación Lambertiana (derecha).
Histograma de ángulos polares en las distribuciones isotrópica y Lambertiana.
Trazado de rayos mejorado en geometrías axisimétricas 2D
Cuando se calcula la intensidad de los rayos en modelos axisimétricos 2D, el frente de ondas asociado con los rayos propagados ahora se tratan como una onda esférica o elipsoidal en lugar de una onda cilíndrica (que solo es una simplificación apropiada en modelos 2D reales). En otras palabras, el radio de curvatura principal asociado con la dirección acimutal se calcula para todos los rayos. Esto lleva a cálculos más realistas de la intensidad de rayos en modelos axisiméticos 2D.
Además, ahora se dispone de funcionalidades de liberación dedicadas disponibles para liberar rayos desde aristas, puntos o en coordenadas especificadas a lo largo del eje de simetría. Cuando se utiliza una de estas funcionalidades de liberación dedicada, se dispone de una opción integrada para liberar rayos en un hemisferio anisotrópico tal que cada rayo subtiende aproximadamente el mismo ángulo sólido en 3D.
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Cintas en las trayectorias de los rayos
Ahora es posible visualizar los caminos de los rayos como cintas en el gráfico de Trayectorias de rayos. Se puede especificar la orientación y el grosor de la cinta. Por ejemplo, cuando los rayos se propagan a través de medios con índice gradual, las cintas pueden orientarse normales o paralelas con el plano que contiene los caminos de rayos curvados.
Propagación de rayos a través de una lente Luneburg, un medio con índice gradual. Los rayos que no pasan a través el eje de simetría de la lente siguen caminos curvos. Aquí, la orientación de la cinta es normal al plano que contiene el camino de los rayos y el color es proporcional a la intensidad del rayo.
Pasos temporales extra en gráficos de trayectoria
Cuando se visualizan trayectorias de rayos, ahora es más fácil que nunca dibujar pasos temporales adicionales que se corresponden con tiempos de interacción rayo-pared. El número de estos pasos temporales extra ahora pueden ser controlados directamente desde la ventana de Ajustes para el gráfico de Trayectorias de rayos. Se dispone de opcione integradas para especificar el número máximo de pasos temporales extra o como un múltiplo del número de tiempos de solución almacenadas.
A medida que el número de pasos temporales extra en el gráfico de trayectorias crece, los tiempos en los que cada rayo rebota en la pared pueden verse con mayor claridad.
Funcionalidad detector de rayos
La funcionalidad Ray detector es una característica de un dominio o contorno que proporciona información sobre los rayos que llegan a un conjunto de dominios o superficies seleccionados de una funcionalidad de liberación. Es posible contar todos los rayos o únicamente aquellos rayos que han sido liberados por una característica física específica. La funcionalidad proporciona expresiones adecuadas que pueden utilizarse con el atributo Fltro del gráfico Trayectorias de rayos, que permite únicamente ser visualizados a los rayos que alcanzan a un conjunto específico de dominios o contornos.
Las siguientes variables se definen por una instancia de la funcionaliad Ray detector con la etiqueta
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Nsel_: número de rayos transmitidos de la funcionalidad de liberación al detector -
.alpha_: la probabilidad de transmisión de la funcionalidad de liberación al detector -
.rL_: una expresión lógica para la inclusión de rayos; puede configurarse en el atributo Filtro del gráfico de Trayectorias de rayos para visualizar los rayos que conectan la fuente de radiación al detector
Selecciones extras en funcionalidades físicas
Para algunas funcionalidades físicas, como Red, Polarizador lineal, Retardador de onda lineal y Matriz de Mueller, a veces es necesario especificar una selección de aristas además de la selección de contornos de la funcionalidad física. Típicamente, esta selección de arista se utiliza para indicar la orientación de una rejilla de difracción o componentes óptico en 3D. En versiones anteriores de COMSOL Multiphysics®, la selección de arista se especificaba añadiendo un subnodo Arista de referencia a la funcionalidad de física. Sin embargo, en la versión 5.3, la selección de arista se ha trasladado a una sección dedicada en la ventana de Ajustes para las funcionalidades físicas padre. Esto proporciona una disposición más transparente de la interfaz de usuario en la que las selecciones de los diferentes niveles de entidades geométricas pueden verse en la misma ventana.
En COMSOL Multiphysics® 5.2a, la orientación de un polarizador lineal se especificaba añadiendo el subnodo Reference Edge.
En COMSOL Multiphysics® 5.3, la orientación de un polarizador lineal se determina con una segunda selección en la ventana de Ajustes para el nodo de Polarizador lineal.
Mejoras en el gráfico de aberración óptica
Cuando se visualizan combinaciones lineales de aberraciones monocromáticas en el cículo unidad con el gráfico de Aberración óptica, se puede especificar la posición del círculo unidad. Entrando diferentes posiciones para varios cículos unidad se pueden ver múltiples tipos de aberraciones en la ventana de Gráficos al mismo tiempo. Además, el gráfico de Aberración óptica ahora soporta el atributo de gráfico Expresión de altura. Esto se puede utilizar para visualizar el gráfico de aberraciones 2D en un lienzo 3D con altura proporcional a la combinación de polinomios de Zernike.
Gráfico de cuatro aberraciones, utilizando expresiones de altura y diferentes posiciones del círculo unidad. Los términos mostrados son la aberración esférica (arriba-izquierda), desenfoque (arriba-derecha), astigmatismo (abajo-izquierda), y coma vertical (abajo-derecha).
Selección de sistema de coordenadas para entradas
Cuando se liberan rayos en un contorno utilizando la funcionalidad Entrada, se puede inicializar la velocidad de la partícula o el momento utilizando cualquier sistema de coordenadas que se haya deinido para el componente del modelo.
Nuevos acoplamientos de componentes en rayos
Se crean nuevos acoplamientos de componentes automáticamente para cada instancia de la interfaz de Óptica geométrica, y el comportamiento de los antiguos acoplamientos de componentes ha cambiado. Por ejemplo, el viejo acoplamiento de componente gop.gopop1(expr), ahora automáticamente excluye los rayos que todavía no se hayan liberado y los rayos que hayan desaparecido. Los grados de libertad de tales rayos normalmente son NaN (not-a-number), así que es conveniente excluirlos automáticamente al evaluar sumas y promedios sobre los rayos.
| Nombre | Descripción |
| gop.gopop1(expr) | Suma de expresión expr sobre los rayos activos, atascados y congelados |
| gop.gopop_all1(expr) | Suma de expresión expr sobre todos los rayos |
| gop.gopaveop1(expr) | Promedio de expresión expr sobre los rayos activos, atascados y congelados |
| gop.gopaveop_all1(expr) | Promedio de expresión expr sobre todos los rayos |
| gop.gopmaxop1(expr) | Máximo de expresión expr sobre los rayos activos, atascados y congelados |
| gop.gopmaxop_all1(expr) | Máximo de expresión expr sobre todos los rayos |
| gop.gopminop1(expr) | Mínimo de expresión expr sobre los rayos activos, atascados y congelados |
| gop.gopminop_all1(expr) | Mínimo de expresión expr sobre todos los rayos |
| gop.gopmaxop1(expr, evalExpr) | Evaluar evalExpr en el máximo de expresión expr sobre los rayos activos, atascados y congelados |
| gop.gopmaxop_all1(expr, evalExpr) | Evaluar evalExpr en el mínimo de expresión expr sobre todos los rayos |
| gop.gopminop1(expr, evalExpr) | Evaluar evalExpr en el mínimo de expresión expr sobre los rayos activos, atascados y congelados |
| gop.gopminop_all1(expr, evalExpr) | Evaluar evalExpr en el mínimo de expresión expr sobre todos los rayos |
Estadísticas adicionales basadas en estado de los rayos
Cuando se marca la casilla de verificación Almacena datos de estado de rayos, se definirán las siguientes nuevas variables.
Nota: Las expresiones se escriben para una instancia de intarfaz de Óptica geométrica con etiqueta gop. La etiqueta de la interfaz física naturalmente será diferente para diferentes interfaces físicas.
| Nombre | Expresión | Descripción |
| gop.ffr | gop.gopop1(gop.fs==2) | Fracción de rayos congelados en el tiempo final |
| gop.fst | gop.gopop1(gop.fs==3) | Fracción de rayos estancados en el tiempo final |
| gop.fac | gop.gopop1(gop.fs==1) | Fracción de rayos activos en el tiempo final |
| gop.fds | gop.gopop1(gop.fs==4) | Fracción de rayos desaparecidos en el tiempo final |
| gop.fse | gop.gopop1(!primary&&gop.fs>0)/gop.Ms | Fracción de rayos secundarios liberados en el tiempo final |
Opciones avanzadas para especificar tiempos de liberación de rayos
Ahora se pueden entrar un rango de tiempos de liberación de rayos diferentes. En versiones anteriores todos los rayos tenían que ser liberados al mismo tiempo. Para permitir la especificación de diferentes tiempos de liberación, se selecciona la casilla de verificación Permitir múltiples tiempos de liberación en la sección de Ajustes avanzados de la ventana de Ajustes de la interfaz de Óptica geométrica. Entonces, en el nodo de la funcionalidad de liberación, se puede especificar un rango de tiempos de liberación.
Creterio de terminación basado en la convergencia para modelos acoplados bidireccionalmente
Para modelos que utilizan un paso de estudio de Trazado de partículas acoplado bidireccionalmente para iterar entre soluciones estacionarias y de trazado de rayos, ahora se puede terminar el lazo del resolvedor basándose en un criterio de convergencia en lugar de un número fijo de iteraciones.
Nueva app: Solar cavity receiver designer
Los sistemas concentrador solar/receptor de cavidad pueden utilizarsepara enfocar la radiación solar incidente en una pequeña región, generando un calor intenso. Este calor puede entonces convertirse en energía eléctrica o química. Un factor de mérito típico en sistemas de potencia térmicos solares es el coeficiente de concentración, o la relación del flujo solar en la superficie o en el plano focal respecto al flujo solar ambiental.
Solar Cavity Receiver Designer es una app ejecutable basada en el modelo tutorial Solar Dish Receiver. En esta app, la radiación solar incidente es reflejada por un disco parabólico, mientras la radiación solar concentrada es recogida en una pequeña cavidad. Se dispone de un total de seis geometrías de cavidad parametrizadas diferentes a investigar: Cilíndrica, cúpula, heterocónica, elípitica, esférica y cónica. También es posible tener en cuenta diferentes tipos de perturbación, incluyendo el oscurecimiento solar del borde y la rugosidad de la superficie. Para cada geometría de la cavidad, se muestran gráficos integrados que muestran la distribución de flujo y el coeficiente de concentración en el plano focal así como el flujo incidente en las superficies interiores de la cavidad.
App Solar Cavity Receiver Designer. La geometría mostrada consta de un reflector parabólico orientado al sol y un receptor de cavidad heterocónica.
Nuevo modelo tutorial: Total interanal reflection thin-film achromatic phase shifter (TIRTF APS)
La capacidad de alterar la polarización de la luz es crucial para una amplia variedad de dispositivos ópticos. Por ejemplo, la polarización de la luz tiene efectos significativos en el rendimiento de aisladores ópticos, atenuadores y divisores de haz. Asignando una polarización específica a la luz, las más notables polarización lineal o circular, es posible reducir sustancialmente los reflejos en sistemas ópticos.
Uno de los métodos más fundamentales de manipular la polarización es el retardo de onda en el que un componente del campo eléctrico se somete a un retardo de fase, o retardo, en relación con el componente de campo eléctrico ortogonal en un haz de luz que se propaga. En este tutorial se utiliza el fenómeno de la reflexión interna total para diseñar y modelar un desfasador acromático, o un retardador de onda que muestra un retardo de fase prácticamente uniforme sobre un amplio rango espectral. El retardo de fase se ve afectado por la presencia de capas dieléctricas finas en el límite entre los dos medios.
En este modelo de referencia, se calculan y comparan los ángulos de retardo de fase para revestimientos de una única capa o triple capa con los resultados publicados. Este principio puede ser utilizado para diseñar un desfasador acromático con película fina de reflexión interna total (TIRTF APS) con prácticamente un retardo de fase uniforme sobre todo el amplio ancho espectral.
Retardo de fase visualizado como función de la longitud de onda en el espacio libre. El retardo de fase puede hacerse más uniforme sobre un amplio ancho espectral si se aplica un revestimiento dieléctrico multicapa sobre la superficie reflectora.
Nuevo modelo tutorial: Fresnel rhomb
Un rombo de Fresnel es un prisma que utiliza la reflexión interna total para manipular la polarización de la luz. En este ejemplo, la luz en el prisma se refleja internamente en un ángulo de incidencia que induce un retardo de fase de 45 grados entre la radiación polarizada s- y p-. Sometiendo la luz a tales reflexiones, el prisma convierte la luz incidente linealmente polarizada a luz polarizada circularmente.
Elipses de polarización de un rayo en el rombo de Fresnel. El rayo inicialmente está linealmente polarizado, con su ángulo de polarización a 45 grados respecto del plano de incidencia, y entonces se convierte en polarizado elípticamente después de una reflexión y circularmente polarizado después de dos reflexiones.
5.2a
NOVEDADES
Para los usuarios del módulo Ray Optics, COMSOL Multiphysics 5.2a proporciona la capacidad de modelar trazado de rayos fuera de la geometría, un nuevo tipo de gráfico para medir aberraciones monocromáticas, mejoras en el gráfico de Trayectorias de rayos, y más. Vea las mejoras introducidas en detalle a continuación.
Ray Propagation Outside the Geometry
Cuando se trazan rayos a través de un sistema de lentes ya no se necesita añadir un dominio de aire o vacío para abarcar a los rayos. Los rayos puede ser liberados y se pueden propagar fuera de la geometría y en dominios que no estén mallados, siempre que esas regiones sean homogéneas (no graduales). Con esta nueva capacidad, la condición de contorno de Discontinuidad del Material ahora puede utilizarse en contornos exteriores, en lugar de la condición de Pared, para permitir a los rayos refractarse dentro o fuera de los dominios mallados. La mayoría de los ejemplos de la Librería de aplicaciones se han actualizado con esta funcionalidad.
Al modelar, la especificación del Índice de refracción de los dominios exteriores se encuentra en la ventana de Ajustes de la interfaz de Óptica geométrica. Cuando los rayos se propagan fuera de la geometría o en dominios que no se encuentran en la lista de selección para la interfaz de Óptica geométrica, se utilizará este valor del índice de refracción. Los rayos todavía pueden interactuar con los contornos de la geometría, incluso si no son adyacentes a algún dominio mallado. Sin embargo, los contornos en si mismos deben mallarse. El mallado de los contornos es manejado automáticamente al utilizar los ajustes de mallado por defecto.
Un haz colimado se enfoca mediante una lente convexa. Los rayos pueden propagarse en la lente y en la región fuera de la geometría donde no se ha definido una malla. La expresión del color en los rayos se basa en su intensidad, mientras que el color en la malla es proporcional al tamaño del elemento.
Gráfico de aberración óptica
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El nuevo gráfico de Aberración óptica está dedicado a medir las aberraciones monocromáticas. Estos gráficos calculan la diferencia de caminos ópticos entre rayos incidentes a medida que convergen hacia un punto focal, entonces ajustan las diferencias de caminos ópticos a una base de polinomios de Zernike. Se puede dibujar cualquier combinación lineal de polinomios de Zernike, multiplicados por los coeficientes de Zernike. También se puede generar una tabla de coeficientes de Zernike utilizando la funcionalidad de Evaluación de aberración. |
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Improved Ray Trajectories Plot
El gráfico de Trayectorias de rayos ahora incluye automáticamente un número de puntos extras, además de la solución en los pasos temporales almacenados o los incrementos de longitud de camino óptico. Normalmente, estos puntos extras estás localizados donde los rayos son reflejados o refractados en los contornos. Con los puntos extras, el tipo de gráfico de Trayectoria de rayos ahora se ha mejorado y lleva más información que antes, incluso si el número de pasos temporales almacenados o de incrementos de longitud de camino óptico son muy pequeños.
Comparación del tipo de gráfico de Trayectorias de rayos en el modelo Czerny-Turner Monochromator con el mismo número de tiempos de solución almacenadas en COMSOL Multiphysics® versión 5.2 en comparación con COMSOL Multiphysics® versión 5.2a.
New Options for Cone-Based Release
Se dispone de varias opciones nuevas al liberar rayos con una distribución cónica de direcciones iniciales. Se pueden liberar rayos con una densidad uniforme en un espacio de vector de onda, de forma que cada rayo subtiende el mismo ángulo sólido. Alternativamente, se puede especificar separadamente la densidad de rayos en las direcciones polar y acimutal. También se dispone de una opciones incluidas para liberar únicamente rayos marginales, con o sin un rayo axial.
Existen ahora cuatro opciones cuando se liberan rayos con una distribución cónica.
Renamed Options for Intensity Computation
A las opciones de Cálculos de intensidad en la ventanas de Ajustes de la interfaz de Óptica geométrica se les ha dado nombres más intuitivos.
| Nombre de opción versión 5.2 | Nombre de opción versión 5.2a |
| Using principal curvatures | Compute intensity |
| Using principal curvatures and ray power | Compute intensity and power |
| Using curvature tensor | Compute intensity in graded media |
| Using curvature tensor and ray power | Compute intensity and power in graded media |
Modelo tutorial actualizado: Receptor de reflector solar
El modelo tutorial de Receptor de reflector solar se ha actualizado para incluir dos conjuntos de datos de referencia comparativa.
Un concentrador de reflector parabólico puede enfocar la radiación solar incidente en un objetivo o receptor de cavidad, dando como resultado flujos de calor local muy altos. Esto puede utilizarse para generar vapor, que a su vez puede utilizarse para alimentar un generador; o hidrógeno, que puede utilizarse directamente como fuente de combustible. En algunas aplicaciones, la uniformidad del flujo en la superficie del receptor de cavidad tiene un efecto significativo en la eficiencia. En el ejemplo, la radiación solar se refleja en el concentrador hacia una pequeña área en el plano focal donde se puede localizar un receptor de cavidad.
Para evaluar el rendimiento de sistemas receptor-colector solar es de particular interés la relación de concentración, definida como la relación entre el flujo incidente y el flujo solar ambiente.
El modelo evalúa la relación de concentración en el plano focal de un concentrador solar parabólico par dos conjuntos de suposiciones. Primero, el reflector parabólico se trata como un reflector no absorbente, perfectamente liso. Segundo, se tienen en cuenta los efectos de la rugosidad de la superficie, absorción y forma solar. Ambos estudios calculan la relación de concentración resultante en el plano focal del reflector parabólico y estos resultados se comparan con valores publicados.
El modelo tutorial Solar Dish Receiver muestra la comparación de datos entre los resultados y los valores publicados para un reflector ideal (arriba a la izquierda) y un reflector cuando se considera la rugosidad de la superficie, la absorción, y el oscurecimiento solar por los brazos (arriba a la derecha). También se presentan los resultados 2D para cada caso (abajo).
5.2
Nueva pieza: Lente asférica
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Las lentes asféricas se utilizan a menudo como alternativa a las lentes esféricas para reducir aberraciones monocromáticas. Ahora se ha incluido una lente asférica en la Part Library del Ray Optics Module. La profundidad, o flecha (sag) de la superficie curvada se define utilizando una fórmula asférica estándar en la que los valores de todos los coeficientes se dan como parámetros de entrada. |
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Lanzar rayos desde aristas y puntos
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Ahora es posible lanzar rayos desde las aristas en 3D utilizando la nueva funcionalidad Release from Edge y lanzar rayos desde puntos seleccionados utilizando la funcionalidad Release from Point. Cuando se lanzan los rayos desde las aristas se puede seleccionar cualquier conjunto de aristas y lanzar rayos uniformemente, basándose en la malla o con posiciones iniciales con pesos según una función de densidad definida por el usuario. |
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Nuevas opciones para lanzamiento de rayos basado en densidad
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Las funcionalidades que inicializan el posicionamiento del rayo de acuerdo con una función de densidad tienen nuevos ajustes que los hacen más precisos. Ahora se puede especificar un orden de precisión de la distribución de lanzamiento y un factor de refinamiento de la posición en los ajustes para los nodos Release, Inlet y Illuminated Surface así como para el nuevo nodo Releas from Edge. La mejora en la precisión es más notable cuando la malla subyacente es muy gruesa o la expresión de densidad varía significativamente entre diferentes elementos de la malla. |
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5.1
NOVEDADES
Nueva app: Filtro reflector Bragg distribuido (DBR)
| Un reflector Bragg distribuido consta de múltiples capas alternativas de dos materiales. Cada material tiene un índice de refracción diferente, dando como resultado un patrón repetitivo de índice de refracción alto y bajo en la dirección perpendicular a las capas DBR. A medida que la luz se propaga a través de esta estructura, ocurren reflexiones en cada interfaz entre las capas. Esta aplicación calcula la reflectancia de un filtro DBR para una distribución de longitudes de onda en el espacio libre. Se puede analizar un filtro de banda eliminada o notch. Las entradas del usuario incluyen el índice de refracción de cada capa, el número de periodos en el DBR, y la reflectancia umbral dentro de la banda eliminada. |  Reflectancia de un filtro DBR como función de la longitud de onda en el espacio libre. Las entradas del usuario incluyen el índice de refracción de cada capa, el número de periodos en el DBR y la reflectancia umbral dentro de la banda eliminada. |
Librería de piezas para el módulo de óptica de rayos
| Para facilitar la configuración rápida y eficiente de la geometría para el modelado de óptica de rayos, el módulo Ray Optics incluye una librería de elementos con componentes geométricos predefinidos. La librería de partes incluye un conjunto de lentes cilíndricas y esféricas, dobletes, un divisor de haz, reflectores parabólicos, prismas, y un retroreflector de esquina. Todos los elementos están completamente parametrizados, los que facilita su uso en simulaciones de aplicaciones industriales de gran escala. |  Propagación de rayos en un sistema de tres lentes equiconvexas esféricas y un divisor de haz. Cada una de estas entidades está disponible como un elemento completamente parametrizado de la Librería de Elementos (Part Library). |
Elipses de polarización
| Ahora es posible graficar elipses a lo largo de trayectorias en el gráfico Ray Trajectories. Cuando se calcula la intensidad del rayo, las expresiones por defecto para los semiejes mayor y menor son variables predefinidas para indicar la elipse de polarización. La elipse aparecerá como una línea para rayos polarizados linealmente y no aparecerá para rayos completamente despolarizados. Cuando se muestran rayos polarizados elíptica o circularmente, las flechas alrededor del perímetro de la elipse se pueden utilizar para distinguir entre polarización derecha o izquierda. |  Retardador de onda lineal: Un rayo no polarizado pasa a través de dos polarizadores lineales y un retardo de cuarto de onda. Las transformaciones de las luces polarizadas lineal y circularmente pueden verse graficando elipses de polarización a lo largo del rayo. |
Interfaz multifísica de calentamiento de rayos
La nueva interfaz Ray Heating es una interfaz multifísica dedicada que utiliza las interfaces Geometrical Optics y Heat Transfer in Solids para calcular los cambios de temperatura a medida que los rayos se propagan a través de medios absorbentes. Automáticamente añade el nuevo acoplamiento Ray Heat Source Multiphysics y aplica la fuente de calor calculada al cálculo de la temperatura.
Nuevo estudio para acoplamiento rayo-térmico bidireccional
La simulación del calentamiento de rayos requiere un acoplamiento bidireccional entre el trazado de rayos y el cálculo de temperatura. A medida que los rayos son atenuados, estos contribuyen a una fuente de calor que afecta la temperatura. Recíprocamente, a medida que la temperatura cambia, las trayectorias de los rayos pueden cambiar si el dominio sufre deformación térmica o si el índice de refracción depende de la temperatura o deformación. Un acoplamiento bidireccional entre trazado de rayos y temperatura puede configurarse utilizando un bucle de resolvedor iterativo en el que las trayectorias de los rayos y la temperatura se calculan en pasos alternativos. Este bucle de resolvedor ahora se puede configurar automáticamente a través del paso de estudio Bidirectionally Coupled Ray Tracing. Este estudio calcula todas las variables de rayos utilizando un resolvedor y todas las otras variables utilizando otro resolvedor. Estos dos resolvedores se ordenan en un bucle que corre para un número de iteraciones definida por el usuario.
Trazado de rayos y temperatura (izquierda) y deformación (derecha) en dos lentes que enfocan un haz láser de alta potencia. La deriva focal inducida térmicamente puede ser simulada más fácilmente utilizando el acoplamiento Ray Heat Source Multiphysics y el estudio Bidirectionally Coupled Ray Tracing.
Acumuladores mejorados
La funcionalidad de Acumulador a nivel de dominio es más rápida, más precisa y ya no es sensible al tamaño de los pasos de tiempo que toma el resolvedor. Como resultado, las simulaciones de deformaciones térmicas en sistemas de enfoque de láseres de alta potencia pueden ser más de diez veces más rápidos en algunos casos, en comparación a modelos similares en la versión 5.0, mientras que además son más precisos. Además, se dispone de nuevas opciones para determinar cómo son calculadas las variables acumuladas cuando un rayo atraviesa un gran número de elementos de malla.
Soltar rayos desde un archivo de texto
Las posiciones iniciales y direcciones de los rayos ahora se pueden importar de un archivo de texto utilizando el nodo Release from Data File.
Intensidad en medios graduales
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Ahora es posible calcular la intensidad de los rayos en medios graduales. La intensidad en un medio gradual se puede calcular seleccionando una nueva opción Intensity computation en la ventana de ajustes de óptica geométrica. Están disponibles las siguientes opciones:
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 Trayectoria de rayos en una lente Luneburg, una lente sólida con un índice de refracción gradual. El color del rayo es proporcional al logaritmo de la intensidad del rayo. |
Nuevas opciones para aplicar películas dieléctricas delgadas
| Las opcioines para especificar las propiedades de películas dieléctricas delgada en discontinuidades de material han sido muy ampliadas. Ahora es posible generar automáticamente una película dieléctrica de una única capa como la reflectancia o transmitancia para rayos de una frecuencia dada, se pueden obtener la polarización y dirección. También existe un atajo para crear recubrimientos antireflectantes en contornos entre diferentes medios. Cuando se configura una película multicapa añadiendo subnodos Thin Dielectric Film a una superficie, es posible hacer algunas capas periódicas, permitiendo películas multicapa complejas que contengan cientos de capas para configurar con únicamente un número pequeño de subnodos Thin Dielectric Film. |  Con las mejoras en el tratamiento de películas multicapa, ahora es posible parametrizar el número de capas en un reflector Bragg distribuido. A medida que las capas aumentan, la reflectancia dentro de la banda eliminada se aproxima al 100%. |
Soporte mejorado para propiedades de materiales dependientes de la frecuencia
| En modelos de óptica geométrica, ahora es posible especificar las propiedades del material que son dependientes de la frecuencia del rayo u otra propiedad del rayo, directamente en la ventana de ajustes del Material, en lugar de en la ventana de ajustes de las propiedades del medio. Para hacer esto, todas las propiedades del rayo deben de estar contenidas dentro del nuevo operador noenv(), que permite valores que existan únicamente en rayos que se incluyan en expresiones definidas en los dominios. |  La simulación de la separación de luz policromática por un prisma, como se muestra en el gráfico adjunto, ahora es más fácil que nunca. |
Nuevo tutorial: tubo de luz transparente
| Los tubos de luz son estructuras que pueden utilizarse para transportar luz entre diferentes localizaciones. En general, se pueden dividir en dos grupos mayores: tubos forrados con un recubrimiento reflectivo y sólidos transparentes que contienen luz a través de una reflexión total interna. En este ejemplo la luz se transporta a través de un tuvo de luz curvado por reflexión total interna. Se investiga el efecto de la forma del tubo en la transmitancia. |  Homogeneización de una fuente LED por reflexión total interna dentro de un tubo de luz curvado. |
5.0
NOVEDADES
El módulo Ray Optics ha engrosado la familia de los productos de COMSOL en la versión 5.0.
Las principales funcionalidades incluidas en esta versión son:
- Medios absorbentes
- Variables Acumuladas en dominios y contornos
- Retardadores de onda circulares
- Correciones para medios fuertemente absorbentes
- Potencia de rayos depositada en dominios o contornos
- Películas dieléctricas
- Rejillas de difracción
- Dispersión difusa
- Distribuciones de frecuencia
- Depolarizadores ideales
- Cálculo de intensidad en medios homogéneos
- Polarizadores lineales
- Retardador de onda lineal
- Matrices de Mueller
- Variable de longitud de camino óptico
- Opción para almacenar los datos de estado del rayo
- Cálculos de fase
- Mapas de fase
- Mapas de Poincaré (diagramas de spot)
- Radiación polarizada, no polarizada y parcialmente coherente
- Cálculo de radio de curvatura de frente de onda principal
- Trazado de rayos en medios gradados o homogéneos
- Estudio de trazado de rayos basado en longitudes de caminos ópticos
- Gráficos de trayectorias de rayos y de rayos
- Reflexión y refracción en discontinuidades del material
- Lanzamiento de rayos desde dominios, contornos o una rejilla de puntos
- Reflexión especular
- Cálculo de parámetro de Stokes
COMSOL Multiphysics 6.3