Points forts de COMSOL Multiphysics^® 6.0

Mises à jour du module Ray Optics

Pour les utilisateurs du module Ray Optics, la version 6.0 de COMSOL Multiphysics^® offre une bibliothèque de matériaux optiques considérablement améliorée dans laquelle les propriétés structurelles et thermiques sont répertoriées aux côtés des coefficients de dispersion optique et des données de transmittance interne pour plus de 500 verres optiques. De nouvelles caractéristiques d'émission des rayons ont également été introduites pour la modélisation des faisceaux gaussiens et l'émission du rayonnement de corps noir à partir des surfaces.

Amélioration de la bibliothèque des matériaux optiques

Dans la bibliothèque de matériaux optiques, disponible pour le module Ray Optics et le module Wave Optics, les verres de SCHOTT AG, CDGM Glass Company Ltd, Ohara Corporation et Corning Inc. sont maintenant présentés avec des données matériaux plus complètes. En plus des coefficients de dispersion optique et des coefficients thermo-optiques, beaucoup de ces verres précisent dorénavant la transmittance interne, la densité, le module de Young, le coefficient de Poisson, le coefficient de dilatation thermique linéaire, la conductivité thermique et la capacité thermique spécifique. Grâce à l'inclusion de données plus complètes sur les matériaux des verres optiques, il est maintenant plus facile que jamais de mettre en place des modèles évaluant la performance de dispositifs couplant structure, thermique et optique (STOP).

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montrant le Constructeur de Modèles avec un nœud matériau en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante, un modèle de lentille Petzval dans la fenêtre graphique, et la fenêtre Ajouter un matériau montrant les options des matériaux optiques.

Des rayons de trois angles de champ différents sont tracés dans une lentille de Petzval, où l'indice de réfraction de la raie d est représenté sous la forme d'un graphique en section. Le verre optique est chargé à partir de la bibliothèque de matériaux optiques présentée à droite.

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Ces améliorations sont visible dans le nouveau modèle Optimisation d'une lentille Petzval et dans les tutoriels suivants:

Nouvelles méthodes de définition de milieux absorbants

Dans l'interface Optique géométrique, il existe de nouvelles méthodes pour définir un milieu absorbant. Vous pouvez par exemple spécifier simplement le coefficient d'atténuation. Saisir la transmittance interne, qui est la fraction de l'intensité lumineuse qui serait transmise à travers un échantillon de matériau d'une épaisseur donnée tout en négligeant les pertes de Fresnel aux surfaces, est une seconde option. De nombreux matériaux de la bibliothèque de matériaux optiques contrôlent désormais les caractéristiques d'absorption en incluant des fonctions tabulées des données de transmittance interne. Dans les versions précédentes, la seule façon de configurer un milieu absorbant consistait à entrer directement les parties réelle et imaginaire de l'indice de réfraction (la partie imaginaire ou la partie imaginaire négative est parfois appelée coefficient d'extinction).

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le noeud Propriétés du support en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle cylindrique avec des trajectoires de rayons dans la fenêtre graphique.

Capture d'écran des entrées pour la transmittance interne dans un matériau défini par l'utilisateur.

Emission de rayons d'un faisceau gaussien

La caractéristique d'émission de rayons d'un Faisceau gaussien est maintenant disponible lors du calcul de l'intensité ou de la puissance des rayons. Elle peut être ajoutée pour libérer des rayons avec une distribution gaussienne de l'intensité ou de la puissance initiale. Vous pouvez spécifier le rayon du faisceau, le demi-angle de divergence du faisceau ou la longueur de Rayleigh ; le profil d'intensité du faisceau est alors calculé automatiquement. La caractéristique Faisceau gaussien peut être utilisée de deux manières différentes. Si la longueur de Rayleigh du faisceau est très faible par rapport à la taille du modèle, cette caractéristique traite le faisceau comme une source ponctuelle, à partir de laquelle les rayons suivent une distribution conique dont l'intensité initiale dépend de l'angle. En revanche, si la longueur de Rayleigh est nettement supérieure à la taille de la géométrie, vous pouvez libérer un faisceau collimaté dans lequel les rayons suivent tous des trajectoires parallèles.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le noeud Faisceau gaussien en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et le modèle de faisceau dans la fenêtre graphique.

Réglages pour la caractéristique de lancer de rayon de Faisceau gaussien. Un faisceau typique est montré, avec une expression de couleur proportionnelle à la puissance du rayon.

Emission de rayons par un corps noir

Il est maintenant possible de contrôler l'emission de rayons en provenance d'une surface qui intégre la distribution de puissance et de longueur d'onde d'une source de rayonnement idéale d'un corps noir. La caractéristique dédiée Rayonnement de corps noir, disponible dans les modèles 3D, assigne l'intensité et la puissance initiales des rayons émis en fonction de la température de la surface. Si l'interface Optique géométrique a été configurée pour permettre l'émission de lumière polychromatique, la longueur d'onde ou la fréquence des rayons est automatiquement échantillonnée à partir d'une fonction de distribution de Planck basée sur la température de la surface. Les caractéristiques plus générales d'émission de rayons, comme l'Emission à partir d'une grille et l'Emission à partir d'une frontière, permettent également d'émettre de la lumière polychromatique suivant une distribution de Planck, bien que dans ce cas l'intensité et la puissance initiales des rayons soient spécifiées séparément.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le noeud Rayonnement de corps noir en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle de refroidissement d'une bride dans la fenêtre graphique.

Emission de corps noirs à partir de la surface d'une bride refroidie. Les rayons sont colorés en niveaux de gris proportionnellement à leur puissance.

Nouvelles méthodes de spécification de la distribution de l'intensité initiale

De nouveaux réglages sont disponibles pour l'émission de rayons avec une distribution pondérée de la puissance initiale des rayons. Dans les réglages de la plupart des caractéristiques d'émission des rayons, comme dans l'Emission ou l'Emission à partir d'une grille, vous pouvez choisir d'attribuer une Distribution pondérée de l'intensité ou de la puissance initiale. La puissance totale de tous les rayons s'ajoutera toujours à la puissance totale de la source spécifiée, mais la puissance des rayons individuels peut être proportionnelle à un facteur de pondération, lui-même fonction de la position et de la direction du rayon initial. L'utilisation de cette fonctionnalité concerne l'attribution d'une directivité à des sources de rayons personnalisées.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le noeud Lancer à partir de la grille en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle avec des trajectoires de rayons dans la fenêtre graphique.

Réglages pour une caractéristique de lancer de rayons avec une puissance initiale de rayons pondérée.

Transformations lors du chargement des coordonnées de rayons à partir d'un fichier

Lorsque vous utilisez le noeud Emission à partir d'un fichier de données pour charger les positions d'émission des rayons à partir d'un fichier, vous pouvez désormais appliquer des Transformations aux coordonnées initiales. Toute combinaison de dilatation (mise à l'échelle), de rotation et de translation est possible. En option, si la direction initiale du rayon est également chargée à partir d'un fichier, la même rotation est applicable à la position ainsi qu'à la direction.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le noeud Emission à partir d'un fichier de données en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante, et trois résultats d'un modèle de lampe dans la fenêtre graphique.

Deux instances de la caractéristique Emission à partir d'un fichier de données sont utilisées pour déplacer, faire pivoter et mettre à l'échelle la distribution des rayons émis par une lampe.

Post-traitement facilité pour l'indice de réfraction et le nombre d'Abbe

Des variables de post-traitement intégrées sont maintenant disponibles pour l'indice de réfraction au niveau de la raie d de l'hélium, de la raie F de l'hydrogène et de la raie C de l'hydrogène. Le nombre d'Abbe est également défini. Ces variables intégrées peuvent être utilisées dans n'importe quel type de graphique (comme les graphiques de Coupe ou en Volume) pour visualiser l'indice de réfraction ou la dispersion de tous les verres optiques dans un modèle d'optique de rayons. Ces nouvelles caractéristiques de post-traitement sont à découvrir dans les tutoriels existants Double lentille de Gauss et Lentille Petzval.

Un graphique 2D montrant les trajectoires des rayons d'un modèle de lentille Petzval dans la palette de couleurs Rainbow.

Un graphique tiré du tutoriel sur les lentilles Petzval. L'expression de la couleur le long des rayons indique leur distance par rapport au centre du point dans le plan de l'image. La couleur des lentilles indique leur indice de réfraction sur la raie d. On remarque facilement le contraste entre les verres crown et flint dans les doublets cimentés.

Simplification des noms de variables pour les couplages non locaux

The Geometrical Optics interface defines couplings to compute the sum, average, maximum, or minimum of an expression over the rays in a model. In this version, the names of these couplings have been simplified for easier use. View this change in the following existing models: L'interface Optique géométrique définit des couplages pour calculer la somme, la moyenne, le maximum ou le minimum d'une expression sur les rayons d'un modèle. Dans cette version, les noms de ces couplages ont été simplifiés pour faciliter leur utilisation. Ces changements sont illustrés dans les modèles suivants :

Le tableau suivant énumère les anciens et les nouveaux noms des variables de couplages.

Description du couplage	Ancien nom	Nouveau nom
Somme sur les rayons	gop.gopop1(expr)	gop.sum(expr)
Somme sur tous les rayons	gop.gopop_all1(expr)	gop.sum_all(expr)
Moyenne sur les rayons	gop.gopaveop1(expr)	gop.ave(expr)
Moyenne sur tous les rayons	gop.gopaveop_all1(expr)	gop.ave_all(expr)
Maximum sur les rayons	gop.gopmaxop1(expr)	gop.max(expr)
Maximum sur tous les rayons	gop.gopmaxop_all1(expr)	gop.max_all(expr)
Minimum sur les rayons	gop.gopminop1(expr)	gop.min(expr)
Minimum sur tous les rayons	gop.gopminop_all1(expr)	gop.min_all(expr)
Evaluer au maximum sur les rayons	gop.gopmaxop1(expr, evalExpr)	gop.max(expr, evalExpr)
Evaluer au maximum sur tous les rayons	gop.gopmaxop_all1(expr, evalExpr)	gop.max_all(expr, evalExpr)
Evaluer au minimum sur les rayons	gop.gopminop1(expr, evalExpr)	gop.min(expr, evalExpr)
Evaluer au minimum sur tous les rayons	gop.gopminop_all1(expr, evalExpr)	gop.min_all(expr, evalExpr)

Les anciens noms fonctionneront toujours dans la version 6.0, il n'est donc pas nécessaire de mettre à jour les modèles existants.

Amélioration de l'émission à partir d'un champ électrique

Il est désormais plus facile d'émettre des rayons avec une intensité et une polarisation initiales basées sur l'onde totale de la solution FEM à partir d'un domaine adjacent. Lorsque vous utilisez le nœud Emission à partir du champ électrique, la direction initiale du rayon peut maintenant être prise directement à partir du vecteur de Poynting du champ résolu dans le domaine adjacent.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le noeud Emission à partir du champ électrique en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle 2D dans la fenêtre graphique.

Une solution d'onde FEM totale basée sur l'interface Ondes électromagnétiques, Enveloppes de faisceau est utilisée pour initialiser l'intensité, la polarisation et la direction des rayons émis.

Amélioration de la prise en compte de la courbure des réseaux

L'interprétation de l'espacement des rainures dans les réseaux de diffraction courbes est maintenant plus claire et plus facilement personnalisable. Vous pouvez choisir si la constante de réseau spécifiée doit être interprétée comme la distance entre les rainures sur la surface du réseau (comme c'était le cas dans les versions 5.6 et antérieures), ou si la constante de réseau spécifiée est en fait la distance projetée entre les rainures dans un plan tangent. Cette caractéristique est visible dans le nouveau modèle Spectromètre circulaire Rowland.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le noeud Réseau en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle de spectromètre circulaire dans la fenêtre graphique.

Nouveaux réglages pour l'interprétation de la constante de réseau pour la condition limite de Réseau.

Nouveaux modèles tutoriels

La version 6.0 de COMSOL Multiphysics^® ajoute trois nouveaux tutoriels au module Ray Optics.

Optimisation d'une lentille Petzval

Deux graphiques 2D montrant le diagramme des rayons d'un modèle de lentille Petzval avec la géométrie originale en haut et la version optimisée en bas dans la palette de couleurs Spectrum.

Diagramme des rayons de la lentille Petzval utilisant un verre de remplacement et les paramètres géométriques d'origine (en haut) et après optimisation pour minimiser la taille du spot RMS pour trois angles de champ et trois longueurs d'onde (en bas).

Nom de l'application:
petzval_lens_optimization
Lien de téléchargement de l'application

Lentille de microlithographie

Diagramme de rayons du système de lentilles de microlithographie, les rayons se propageant de gauche à droite. L'expression en couleur montre la longueur du chemin optique.

Nom de l'application:
microlithography_lens
Lien de téléchargement de l'application

Spectromètre circulaire Rowland

La lumière polychromatique (représentée par des lignes noires épaisses) entre dans le cercle de Rowland par le haut et la gauche et frappe un réseau de diffraction concave et incurvé placé en bas. La lumière réfléchie de plusieurs ordres de diffraction est focalisée en différents points du cercle. Le dispositif effectue un tri par longueur d'onde pour tous les ordres de diffraction, excepté m = 0.

Nom de l'application:
rowland_circle_spectrometer
Lien de téléchargement de l'application

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