1. Опція Ray Termination (Переривання променя)
2. Імпорт фотометричних файлів даних
3. Варіанти геометричних моделей
4. Нові частини геометрії: складові параболічні концентратори
5. Ламбертово випромінювання
6. Покращена трасування променів в двомірних осесиметричних геометрії
7. Візуалізація траєкторій променів за допомогою стрічок
8. Додаткові тимчасові кроки при візуалізації траєкторій
9. Функція Ray Detector (Виявлення променів)
10. Додаткові вибірки для елементів фізики
11. Поліпшення при побудові графіків оптичної аберації
12. Вибірка системи координат для вхідних каналів
13. Нові сполуки компонентів для променів
14. Додаткова статистика, заснована на стані променів
15. Розширені можливості пошуку для вказівки часу випускання променів
16. Критерії завершення на основі збіжності для двосторонньо-пов'язаних моделей
17. Нова навчальна модель: Тонкопленочноє ахроматичну фазосдвигающие устрою з повним внутрішнім віддзеркаленням...
18. Нова навчальна модель: ромб Френеля

Наше деловое партнерство www.banwar.org

Для користувачів модуля Геометрична оптика в COMSOL Multiphysics® версії 5.3 додана нова функція Ray Termination (Переривання променя), що усуває зайві промені, можливість імпорту фотометричних даних і новий додаток для моделювання приймача типу сонячна тарілка. Зміст оновлення модуля Геометрична оптика наведено нижче.

Опція Ray Termination (Переривання променя)

Нова функція Ray Termination (Переривання променя) використовується для знищення променів і не вимагає зупиняти промінь на кордоні. Промені можуть перериватися при виході за межі, які визначаються геометрією або заданими користувачем просторовими координатами. Функцію Ray Termination (Переривання променів) можна використовувати, щоб позбутися від зайвої інформації про траєкторії променів і заважають віддзеркалень на графіку траєкторії. Крім геометричних обмежень, промені можна перервати, якщо їх інтенсивність або потужність стають менше заданого порогу або вони занадто далеко відхиляються від геометрії моделі. Використання цієї функції дозволяє зменшити витрати обчислювальних ресурсів на розрахунок променів, ослаблених в поглинаючих середовищах, і променів, які мають надзвичайно низьку інтенсивність через взаємодію з кривими поверхнями.

Фокусування коллімірованним променя двоопуклою лінзою без покриття. Розсіяне світло, відбите від поверхні лінзи, усувається за допомогою функції _Ray Termination (Переривання променя). Колірна шкала кодує логарифм інтенсивності променя.

• Промені поширюються через дві опуклі лінзи з фокусною відстанню 200 мм (зверху) і 100 мм (знизу). Інтенсивність променів, що проходять через лінзу з більш коротким фокусною відстанню, зменшується швидше за фокальною крапкою, тому вони перериваються опцією Ray Termination (Переривання променів), а промені, що проходять через лінзу з більш довгим фокусною відстанню, продовжують поширюватися.

Імпорт фотометричних файлів даних

Можна задавати нерівномірні розподілу інтенсивності і потужності променя, імпортуючи файли фотометричних даних в модель геометричної оптики. Операція Photometric Data File (Фотометрические файли даних) підтримує файли формату .ies - стандартного формату файлів фотометричних даних Товариства виробників освітлювального обладнання Північної Америки (IESNA). Щоб виконати операцію, виберіть Photometric Data Import (Імпорт фотометричних даних) для Intensity initialization (Ініціалізація інтенсивності) в розділі Total Source Power (Загальна потужність джерела) вузла Release from Grid (Використовувати сітку як джерело).

Після імпортування файлу фотометричних даних в модель генерується набір функцій, які використовуються для ініціалізації інтенсивності і потужності променя в залежності від початкового напрямку променя. Можна задати напрямки для фотометричної горизонталі і фотометричного нуля, які показують орієнтацію лампи у відповідності зі стандартами IES.

Промені вивільняються в напівсферичним розподілі навколо осі z. Колірна шкала кодує інтенсивність променя, яка генерується з імпортованої файлу фотометричних даних.

Промені вивільняються в напівсферичним розподілі навколо осі z. Колірна шкала кодує інтенсивність променя, яка генерується з імпортованої файлу фотометричних даних.

Варіанти геометричних моделей

Тепер вказати розміри геометричних елементів в спеціалізованій бібліотеці частин для модуля Геометрична оптика можна декількома способами. При завантаженні частини в модель можна вибрати набір вхідних параметрів, або варіант частини, який ви хочете використовувати. При натисканні кнопки Add to Geometry (Додати в геометрію) з'явиться діалогове вікно, яке пропонує вибрати варіант частини.

Нові частини геометрії: складові параболічні концентратори

У Бібліотеку частин модуля Геометрична оптика доданий параболічний концентратор. Параболічний сонячний концентратор має параболічні поверхні, розташовані на такій відстані один від одного, що фокус однієї поверхні знаходиться на нижньому краю протилежної. Такий концентратор фокусує будь потрапляє на нього промінь світла, якщо кут падіння менше так званого кута охоплення, що робить його корисним в тих випадках, коли фокусируемое промені можуть падати з різних напрямків.

Спочатку промені випускаються в параболічний концентратор відповідно до конічним розподілом. Оскільки кут розчину конуса менше кута охоплення, все промені фокусуються параболічними поверхнями і потрапляють на приймач (показаний синьою лінією)

Ламбертово випромінювання

Тепер опції випускання променів включають можливість випускання променів з ламбертовим розподілом початкових напрямків. Промені випускаються з початковими напрямками, заданими за законом косинусів Ламберта.

Закон косинуса Ламберта говорить, що ймовірність того, що промінь буде випускатися через елемент диференціального тілесного кута dω з полярним кутом θ, пропорційна cos θ. Для порівняння, в ізотропному напівсферичним розподілі промінь з однаковою ймовірністю може випускати через будь-який диференційний тілесний кут в півкулі.

Покращена трасування променів в двомірних осесиметричних геометрії

При обчисленні інтенсивності променя в двомірних осесиметричних моделях хвильовий фронт, пов'язаний з розповсюджується променем, тепер розглядається як сферична або еліпсоїдальної хвиля замість циліндричної хвилі, яка підходила тільки для двомірних моделей. Іншими словами, головний радіус кривизни, пов'язаний з азимутним напрямком, обчислюється для всіх променів. Це поліпшення призводить до більш точним розрахунками інтенсивності променя в двомірних осесиметричних моделях.

Крім того, для випускання променів від ребер, точок або в заданих координатах уздовж осі симетрії були включені спеціальні опції випромінювання. При використанні однієї з цих спеціальних опцій доступна вбудована опція, що дозволяє випускати промені в анізотропному півкулі, так що кожен промінь покриває один і той же тілесний кут в тривимірному поданні.

Візуалізація траєкторій променів за допомогою стрічок

При побудові графіка Ray Trajectories (Траєкторії променя) стало можливим відображати траєкторії променів у вигляді стрічок. Користувач може задавати товщину і орієнтацію стрічки вручну. Наприклад, при візуалізації поширення променя в середовищі з градієнтним показником заломлення можна задати перпендикулярну або паралельну орієнтацію стрічок щодо площини, що містить викривлені траєкторії променів.

Додаткові тимчасові кроки при візуалізації траєкторій

При побудові графіків траєкторій променів тепер стало легше використовувати додаткові тимчасові кроки, що відповідають моментам взаємодії променів зі стінками. Кількість цих додаткових тимчасових кроків тепер можна контролювати безпосередньо у вікні Settings (Настройки) для графіка Ray Trajectories (Траєкторії променя). Вбудовані опції дозволяють задавати максимальне число додаткових тимчасових кроків безпосередньо або як кратне число тимчасових кроків збереженого рішення.

Функція Ray Detector (Виявлення променів)

Функція Ray Detector (Виявлення променів) - функція областей та кордонів, яка дозволяє отримувати інформацію про променях, що падають на даний набір обраних областей або меж з функції-джерела, наприклад, число пройшли крізь об'єкт променів, або відношення числа пройшли променів до числа випущених . При цьому, підрахунок можливий серед всіх променів, або тільки серед променів, випущених будь-яким об'єктом. Ця функція надає зручні вираження, які можна використовувати в атрибуті Filter (Фільтр) графіка Ray Trajectories (Траєкторії променя). Фільтр дозволяє візуалізувати тільки промені, які досягли якогось об'єкта з заданою вибірки кордонів і розділів.

Наступні змінні визначаються викликом функції Ray Detector (Виявлення променя) з позначками функції <tag>:

• <Tag> Nsel_: число променів, що пройшли до детектора від випускає об'єкта
• <Tag> .alpha_: коефіцієнт пропускання (ймовірність) від випускає об'єкта до детектора
• <Tag> .rL_: логічне вираз для включення променів. Цей вислів можна встановити в атрибуті Filter (Фільтр) графіка Ray Trajectories (Траєкторії променя), щоб візуалізувати промені, що з'єднують джерело випромінювання з детектором. </ Tag> </ tag> </ tag> </ tag>

Промені випускаються изотропно від точкового джерела і відображаються дзеркально, поки вони не потраплять на поглинаючу поверхню (відзначена червоним). При використанні опції _Ray Detector (Детектор випромінювання) легко задати вирази фільтра для відображення тільки тих променів, які потрапляють на поглинаючу поверхню (внизу) ._

Додаткові вибірки для елементів фізики

Для деяких елементів фізики, таких як Grating (Грати), Linear Polarizer (Лінійний поляризатор), Linear Wave Retarder (Лінійний сповільнювач хвилі) і Mueller Matrix (Матриця Мюллера), крім вибірки кордонів фізичного об'єкта іноді необхідно вказати вибірку ребер. Як правило, така вибірка ребер використовується, щоб вказати орієнтацію дифракційної решітки або оптичного компонента в тривимірному поданні. У попередніх версіях COMSOL Multiphysics® вибірка ребер визначалася додаванням підвузли Reference Edge (Опорний ребро) для елементів фізики. Однак у версії 5.3 вибірка ребер переміщена в спеціальний розділ у вікні Settings (Настройки) батьківського елемента фізики. Таке перенесення забезпечує більш прозору компоновку призначеного для користувача інтерфейсу, при якій вибірки різних рівнів геометричних елементів можуть бути представлені в одному вікні.

У версії COMSOL Multiphysics® версії 5.2a орієнтація лінійного поляризатора задавалася додаванням підвузли Reference Edge (Опорний ребро).

У версії COMSOL Multiphysics® версії 5.2a орієнтація лінійного поляризатора задавалася додаванням підвузли Reference Edge (Опорний ребро).

У версії 5.3 програмного пакета COMSOL Multiphysics® орієнтація лінійного поляризатора визначається другий вибіркою у вікні Settings (Настройки) вузла Linear Polarizer (Лінійний поляризатор).

У версії 5.3 програмного пакета COMSOL Multiphysics® орієнтація лінійного поляризатора визначається другий вибіркою у вікні Settings (Настройки) вузла Linear Polarizer (Лінійний поляризатор).

Поліпшення при побудові графіків оптичної аберації

Використовуючи функцію Optical Aberration (Оптична аберація) при побудові графіків лінійних комбінацій монохроматичних аберацій на одиничному колі, можна вказати його положення. Вказуючи різні положення для декількох одиничних кіл, можна одночасно переглядати кілька типів аберацій в графічному вікні. Крім того, в побудові графіків Optical Aberration (Оптична аберації) тепер підтримується атрибут побудови графіків Height Expression (Вираз для висоти). Використовуйте його для побудови графіка двомірної аберації в тривимірному просторі з третьої координатою, пропорційної комбінації поліномів Цернике.

Вибірка системи координат для вхідних каналів

При випущенні променів на кордоні з допомогою опції Inlet (Вхідний канал), можна задати значення швидкості або імпульсу частинки, використовуючи будь-яку систему координат, яка була визначена для компонента моделі.

Нові сполуки компонентів для променів

Нові сполуки компонентів автоматично створюються для кожного екземпляра інтерфейсу Geometrical Optics (Геометрична оптика), одночасно з цим змінилася поведінка старих компонентних зв'язків. Старі з'єднання компонентів, наприклад gop.gopop1 (expr), тепер автоматично виключають промені, які ще не були поширені або зникли. Ступені свободи таких променів зазвичай представляються як «не числом» (NaN), так що їх зручно виключати при обчисленні сум і середніх значень на множині променів.

Назва Опис

gop.gopop1 (expr)

Підсумовування виразу expr по всім активним, завмерлим і зупиненим променям

gop.gopop_all1 (expr)

Підсумовування виразу expr по всьому променям

gop.gopaveop1 (expr)

Отримання середнього для вираження expr по активним, завмерлим і зупиненим променям

gop.gopaveop_all1 (expr)

Отримання середнього для вираження expr по всьому променям

gop.gopmaxop1 (expr)

Знаходження максимуму виразу expr серед активних, завмерлих і зупинених променів

gop.gopmaxop_all1 (expr)

Знаходження максимуму виразу expr серед всіх променів

gop.gopminop1 (expr)

Знаходження мінімуму виразу expr серед активних, завмерлих і зупинених променів

gop.gopminop_all1 (expr)

Знаходження мінімуму виразу expr серед всіх променів

gop.gopmaxop1 (expr, evalExpr)

Обчислити exalExpr для максимуму значення expr по всім активним, завмерлим і зупиненим променям

gop.gopmaxop_all1 (expr, evalExpr)

Обчислити exalExpr для максимуму значення expr по всьому променям

gop.gopminop1 (expr, evalExpr)

Обчислити exalExpr для мінімуму значення expr по всім активним, завмерлим і зупиненим променям

gop.gopminop_all1 (expr, evalExpr)

Обчислити exalExpr для максимуму значення expr по всьому променям

Додаткова статистика, заснована на стані променів

Коли обраний прапорець Store ray status data (Зберігати дані стану променів), будуть визначені наступні нові змінні.

Примітка: Вирази записані для примірника інтерфейсу Geometrical Optics (Геометрична оптика) з поміткою gop. Природно, для інших фізичних інтерфейсів позначки будуть відрізнятися.

Назва Вираз Опис

gop.ffr

gop.gopop1 (gop.fs == 2)

Частка зупинених променів на момент завершення

gop.fst

gop.gopop1 (gop.fs == 3)

Частка завмерлих променів на момент завершення

gop.fac

gop.gopop1 (gop.fs == 1)

Частка променів, активних на момент завершення

gop.fds

gop.gopop1 (gop.fs == 4)

Частка променів, що вийшли з моделювання на момент завершення

gop.fse

gop.gopop1 (! primary && gop.fs> 0) /gop.Ms

Частка всіх випущених вторинних променів на момент завершення

Розширені можливості пошуку для вказівки часу випускання променів

Тепер можна ввести діапазон часів випускання променя. У попередніх версіях все промені повинні були випускати одночасно. Для включення опції різного часу випускання, встановіть прапорець Allow multiple release times (Дозволити кілька часів випускання) в розділі Advanced Settings (Розширені параметри) у вікні Settings (Настройки) інтерфейсу Geometrical Optics (Геометрична оптика). Потім в вузлі опції випускання можна вказати діапазон часу випускання.

Критерії завершення на основі збіжності для двосторонньо-пов'язаних моделей

Для моделей, що використовують крок дослідження Bidirectionally Coupled Particle Tracing (Двусторонне-пов'язана трасування частинок) при ітераціях між стаціонарними рішеннями та рішеннями трасування променів тепер можна завершувати процес вирішення завдання на підставі критерію збіжності, а не виконання фіксованого числа ітерацій.

Новий додаток: Проектування полостного приймача сонячного світла

Системи сонячних концентраторів і резонаторів можуть використовуватися для фокусування падаючого сонячного випромінювання в невелику область, яку вони сильно нагрівають. Потім тепло можна перетворити в електричну або хімічну енергію. Загальним показником якості в системах сонячної теплової енергії є відношення концентрації, або відношення сонячного потоку на поверхні приймача або в фокальній площині до навколишнього сонячного потоку.

Solar Cavity Receiver Designer (Проектування полостного приймача сонячного світла) - додаток, що запускається, засноване на навчальної моделі Solar Dish Receiver (Приймач типу «сонячна тарілка»). У цьому додатку падаюче сонячне випромінювання відбивається параболічної тарілкою, а концентроване сонячне випромінювання збирається в невеликій порожнини. Для дослідження є шість різних параметрезованих геометрій порожнини: Cylindrical (Цилиндрическая), Dome (Мініатюрна), Heteroconical (біконічну), Elliptical (Еліптична), Spherical (Сферична) і Conical (Конічна). Також можна враховувати кілька різних типів збурень, в тому числі потемніння сонячного диска до краю і нерівності поверхні. Для кожної геометрії порожнини вбудовані графіки показують розподіл потоку і ставлення концентрації в фокальній площині, а також падаючий потік на внутрішніх поверхнях порожнини.

Шлях в Бібліотеці додатків до додатка Solar Cavity Receiver Designer (Проектування полостного приймача сонячного світла):
Ray_Optics_Module / Applications / solar_dish_receiver_designer

Нова навчальна модель: Тонкопленочноє ахроматичну фазосдвигающие устрою з повним внутрішнім віддзеркаленням (Total Internal Reflection Thin-Film Achromatic Phase Shifter)

Управління поляризацією світла важливо для роботи багатьох оптичних пристроїв. Наприклад, поляризація світла істотно впливає на робочі характеристики оптичних вентилів, аттенюаторов і светоделітель. Використовуючи світло певної поляризації (як правило, лінійної або кругової), можна значно послабити відблиски в оптичних системах.

Одним з фундаментальних методів управління полярізацією є использование прістроїв затримки Хвилі, в якіх одна компонента електромагнітної Хвилі в Промені, что проходити через Пристрій, піддається фазового Зсув, або затримки, по відношенню до ортогональної компоненті. У даній навчальної моделі демонструється проектування и моделювання ахроматічні фазосдвигающей пристрою, что вікорістовує повне Внутрішнє відбіття. Такий Пристрій затримки Хвилі Забезпечує рівномірній зсув фази в широкому спектральному діапазоні. На зрушення фази впливають тонкі діелектричні покриття, розташовані на кордоні двох середовищ.

У даній тестовій моделі розраховуються кути зсуву фаз для випадків одно- і тришарового покриття, які потім порівнюються з даними з літератури. Використовуючи цей ефект, можна сконструювати тонкопленочное ахроматичну фазосдвигающие устрою з повним внутрішнім віддзеркаленням, що характеризується практично однаковим фазовим зрушенням в широкому спектральному діапазоні.

Шлях до файлів бібліотеки додатків, що використовуються в навчальній моделі Achromatic Phase Shifter (Ахроматичний фазообертач):
Ray_Optics_Module / Polychromatic_Light / achromatic_phase_shifter

Нова навчальна модель: ромб Френеля

Ромб Френеля - це призма, яка змінює поляризацію світла за допомогою повного внутрішнього відображення. В даному прикладі промінь світла, що поширюється в призмі, відчуває внутрішнє віддзеркалення під таким кутом, щоб наведене зрушення фаз між його s- і p-поляризованими компонентами становив 45 градусів. Піддаючи пучок світла двом таким відображенням, призма перетворює лінійну поляризацію проходить через неї променя в кругову.

Шлях до файлів Бібліотеки додатків, що використовуються в навчальній моделі Fresnel Rhomb (Ромб Френеля):
Ray_Optics_Module / Tutorials / fresnel_rhomb