光線光学モジュールアップデート

COMSOL Multiphysics® バージョン 5.4 の光線光学モジュールではパーツライブラリを完全にオーバーホールして, 新しいパーツ変数とともに精度を向上させました. 閉じた系に対してさらにロバストになった強度とパワー計算, 熱-光学係数を含む光学分散モデルなどが含まれています. 光線光学モジュールのアップデート詳細は以下をご覧ください.

パーツライブラリ改善

COMSOL Multiphysics® バージョン 5.4 では光線光学モジュールのパーツライブラリが完全にオーバーホールされました. 新しいパーツでは, 従来のバージョンで4つの面に分割されていた反射, 屈折面が1枚の境界になりました. これによりプロットのためのサーフェス選択が簡単になり, 光線の反射, 屈折の計算精度が向上しました.

改善に加えて, 球面ミラー3D, 矩形平面環3D, 楕円平面ミラー3Dの新しいパーツが加わりました.

A demonstration of new ray optics parts available with COMSOL Multiphysics 5.4. バージョン 5.4 で加わった新しいパーツ (左). 軸外コニックミラー3Dの新しい単独変数 (右上). ほとんどのレンズとミラーパーツで反射, 屈折面の内部エッジがなくなり (右中), 光線計算とスポットダイアグラムの精度が向上しました (右下). バージョン 5.4 で加わった新しいパーツ (左). 軸外コニックミラー3Dの新しい単独変数 (右上). ほとんどのレンズとミラーパーツで反射, 屈折面の内部エッジがなくなり (右中), 光線計算とスポットダイアグラムの精度が向上しました (右下).

この新しい機能は次のモデルで使われています:

光学分散モデル

ビルトインの光学分散モデルが追加され, 波長依存屈折率の指定が便利になりました. いくつかのガラス製造メーカーからの標準分散関係 (セルマイア係数など) が含まれています. 温度依存のセルマイア分散モデルも利用可能になり, 屈折率を波長と温度の関数で定義できるようになりました.

この新しい機能は次のモデルで使われています:

光線強度とパワーの新しい計算アルゴリズム

COMSOL Multiphysics® バージョン 5.4 では光線強度とパワーの計算が大きく改善しました. 新しいアルゴリズムでは従来のバージョンに比べて格段にロバストになりました. 光線が多数回反射, 屈折をするような閉じた系で, 波面がきちんとした形を持っていない場合に特に改善が見られます. また, 新しいオプションとして, 強度ではなく, パワーを計算するオプションが加わりました. これは光線強度の可視化よりも印加熱源の計算が重要な場合に便利です.

この新しい機能は次のモデルに使われています:

A screenshot of a model using the option to compute ray power. 新しい光線パワー計算オプションのスクリーンショット. ソーラーディッシュ受光器モデルより. 新しい光線パワー計算オプションのスクリーンショット. ソーラーディッシュ受光器モデルより.

吸収材質における光線追跡の精度向上

バージョン 5.4 では, 光線の減衰効果やゲイン媒体が光線強度という点で前のバージョンよりもより精度よくモデル化できるようになりました. 一様吸収またはゲイン媒体での指数関数的な成長, または減衰の式が整理されて, ソルバーが取る時間ステップによる影響が少なくなりました. これにより, 吸収またはゲイン媒体を通る光線の追跡に非常に大きな時間ステップ, または大きな光路長間隔を使うことができるので計算も速くなります. この機能は Thermally Induced Focal Shift のモデルで使われています.

光線出射における波長分布

多波長光線を出射する場合, 従来は周波数のみの指定しかできませんでしたが, 新しいバージョンでは周波数, または真空中波長の分布を指定することができるようになりました.

この機能は次のモデルで使われています:

A screenshot demonstrating an option to specify vacuum wavelength distributions in COMSOL Multiphysics version 5.4. 真空波長分布を指定する新しいオプションのスクリーンショット. 分布ブラッグ反射チュートリアルより. 真空波長分布を指定する新しいオプションのスクリーンショット. 分布ブラッグ反射チュートリアルより.

光線-境界相互作用のジオメトリ法線使用

「幾何光学」インターフェースでの面法線方向の計算方法を新しいオプションで制御できるようになりました. 面法線方向の正確な計算は光学系のモデリングの信頼性にとって重要です. 新しいバージョンでは, 反射や屈折などの光線-境界相互作用の計算を境界メッシュ法線を基準に実行するか, パラメーター化されたジオメトリ法線を基準に実行するか (可能な場合) の選択をすることができます. 外部荷重や熱応力などによってメッシュ変形が起こるような現象を取扱うモデルでは常にメッシュ法線基準が採用されます.

この機能は次のモデルで使われています:

A screenshot demonstrating the option to use geometry normals in COMSOL Multiphysics version 5.4. ジオメトリ法線を使う新しいオプションのスクリーンショット. ニュートン望遠鏡モデルより. 軸上RMS スポットサイズが無視できる程度に小さくなっており, 離散化誤差が最小化されていることが分かります. ジオメトリ法線を使う新しいオプションのスクリーンショット. ニュートン望遠鏡モデルより. 軸上RMS スポットサイズが無視できる程度に小さくなっており, 離散化誤差が最小化されていることが分かります.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics® バージョン 5.4 では新しいチュートリアルモデルが追加されました.