Simulate Ray Tracing in Optically Large Systems
with the Ray Optics Module


Effective and Versatile Calculation of Ray Trajectories

Ray Optics모듈은 파장이 모델에 존재하는 가장 작은 구조물보다 훨씬 작은 시스템에서의 빛 전파 모델을 해석하는데 사용합니다. 빛은 단일 매질이나 집속형 매질(Graded media)을 통과하는 광선으로 고려됩니다. 이 모듈은 파장에 대한 유한 요소 메시를 고려하지 않아도 되므로, 적은 해석비용으로 긴 거리에 대한 광궤적을 계산할 수 있습니다. 서로 다른 매질 경계에서 빛이 반사되거나 굴절되는 것 또한 고려할 수 있습니다.


Easy Set-Up of Ray Optics Models

Ray Optics모듈은 정반사와 난반사가 동시에 일어나는 것을 포함한 다양한 경계조건들을 제공하고 있습니다. 광선은 도메인 내부나 경계면, 균일 간격 점에서 발생시킬 수 있습니다. 그리고 태양광이나 빛이 반사되는 면으로부터 반사되거나 굴절된 광선을 발생시키기 위한 기능도 추가로 제공합니다. 그리고 광선 궤적이나 많은 광선들에 대한 수식 계산, 간섭 패턴 표현을 위해 다양한 전용 후처리 기능들도 제공하고 있습니다.


Multiphysics Applications in Ray Optics

응력이나 온도 변화와 같은 다양한 물리현상은 도메인의 형상을 변화시키거나 굴절률에 영향을 주어 광궤적을 변화 시킵니다. 비슷하게 높은 파워의 광선은 큰 열을 발생시켜 열 응력을 발생시킵니다. 이러한 경우, Ray Optics모듈을 이용하면 연관된 다양한 물리현상을 연결하여 해석할 수 있습니다.
도메인과 경계면의 Accmulator기능은 도메인이나 경계면의 메시에 대응하는 광선 정보를 저장하기 위한 미지수를 추가로 생성하기 위해 사용합니다. 광 흡수에 의한 경계 면에서의 파워 누적이나 광 감쇄에 의한 도메인에서의 파워 누적을 계산하기 위한 기능도 제공하고 있습니다. Accumulator기능을 이용하면 광궤적 해석과 다른 물리 지배식에서 생성된 미지수를 단방향이나 양방향으로 연결하여 해석할 수 있습니다. 이 기능은 예를 들어 열 렌즈 효과에 대한 모델을 만들기 위해 사용될 수 있습니다.


Dedicated Postprocessing Features for Analyzing Rays

Ray Trajectories 후처리를 이용하여 광선을 시각화 할 수 있으며, 이 때 Color Expression이나 Deformation옵션을 추가로 설정할 수 있습니다. 광선은 선이나 튜브, 리본으로 출력할 수 있습니다. 사용자는 광선을 따라 편광 타원을 출력할 수 있습니다. Ray 후처리는 모든 광선들의 시간에 대한 광 특성을 출력하거나 특정 시간에서 서로 반대되는 특성을 가진 두 광선들의 광 특성을 출력할 수 있습니다. Interference pattern 후처리를 이용하면 사용자는 특정 단면에서 편광 성분들 간의 간섭을 확인할 수 있습니다. 다른 후처리 기능들로는 수치적인 데이터 테이블을 생성하는 Ray Evaluation기능과 임의의 단면에서 광 궤적 단면을 확인하기 위한 Poincaré map, 위상 공간상의 한점에서 모든 광선들에 대하여 서로 반대되는 두 개의 변수를 출력하기 위한 Phase Portrait기능이 있습니다.


Built-In Tools for Analyzing Ray Intensity, Polarization, and More

Ray Optics모듈은 광 전파 해석에 특화된 Geometrical Optics지배식을 제공합니다. Geometrical Optics지배식은 Stokes상수들을 이용하여 광선 세기를 계산하기 위한 변수들을 포함하고 있어서 편광되거나 부분적 편광, 편광되지 않은 빛에 대한 모델링이 가능합니다. 광선이 방출될 때, 세기를 직접 정의하거나 Photometric데이터 파일을 이용하여 정의할 수 있습니다. 편광 방향은 선형 편광기나 빛 지연기와 같은 광학 부품들에 대한 경계조건들을 사용하여 변경할 수 있습니다. 빛의 세기를 계산할 때, 광선은 주요 곡률 반지름으로 계산한 파면으로 다루며, 쉽게 시각화 하기 위해 초곡면(Caustic surface)을 사용할 수 있습니다. 매질 사이의 경계면에서의 반사계수와 투과계수는 Fresnel Equation을 이용하여 계산되고 얇은 유전체 필름이 존재하는 것을 적용할 수 있는 옵션도 제공합니다. 간섭계와 같은 모델에서 빛 세기에 관심이 있을 경우, 위상에 대한 변수를 활성화할 수 있습니다. 광로 길이에 대한 계산과 주파수 대역 별 광 발생, 흡수 매질에서 광궤적의 정확도 향상을 위한 다양한 설정들도 사용할 수 있습니다.


Convenient Solver Set-Up Using Tailor-Made Solver Settings

광선의 궤적을 시간에 대하여 해석할 때, 상세 시간 간격을 설정할 필요가 없습니다. Ray Tracing Study를 사용하여 원하는 광로 길이의 범위를 직접 설정하여 광궤적을 계산하도록 할 수 있습니다. 이 Study는 모든 광선들이 해석 도메인을 벗어나거나 빛의 세기가 무시 가능할 정도로 작아졌을 때, 불필요한 시간에 대한 해석을 방지하는 Stop조건을 이용하여 훨씬 효율적으로 해석할 수 있습니다.



이 모델은 뉴턴 망원경을 통과하는 무편광 빛의 광궤적을 보여 줍니다. 입사한 빛은 포물선 형태의 거울에서 평판형태의 이차 거울 방향으로 반사되고, 여기에서 빛은 초점면 방향으로 반사됩니다. 이러한 종류의 망원경은 1668년 뉴턴이 개발하였고, 적은 생산비용으로 인하여 현재까지 만들어지고 있습니다.

이 모델은 뉴턴 망원경을 통과하는 무편광 빛의 광궤적을 보여 줍니다. 입사한 빛은 포물선 형태의 거울에서 평판형태의 이차 거울 방향으로 반사되고, 여기에서 빛은 초점면 방향으로 반사됩니다. 이러한 종류의 망원경은 1668년 뉴턴이 개발하였고, 적은 생산비용으로 인하여 현재까지 만들어지고 있습니다.


Czerny-Turner 분광기는 다색의 빛을 여러 개의 단색 광선들로 공간별로 분리합니다. 이 모델은 구형태의 콜리메이팅(Collimating) 거울과 평판형 회절 격자, 구형태의 이미징(imaging)거울, 전하결합소자(CCD) 검출기 등으로 구성된 Czerny-Turner형상의 단면에 대하여 해석합니다. 이 모델은 장비의 해상도에 의해 결정된 검출기 표면에 입사된 광선의 위치를 계산하기 위해 Geometrical Optics지배식을 사용합니다.

Czerny-Turner 분광기는 다색의 빛을 여러 개의 단색 광선들로 공간별로 분리합니다. 이 모델은 구형태의 콜리메이팅(Collimating) 거울과 평판형 회절 격자, 구형태의 이미징(imaging)거울, 전하결합소자(CCD) 검출기 등으로 구성된 Czerny-Turner형상의 단면에 대하여 해석합니다. 이 모델은 장비의 해상도에 의해 결정된 검출기 표면에 입사된 광선의 위치를 계산하기 위해 Geometrical Optics지배식을 사용합니다.


편파기나 파지연기와 같은 광학 장비의 조합은 빛의 세기와 편광 방향을 조절하기 위해 사용됩니다. 이 모델에서는 편광 방향이 서로 수직한 두 개의 선형 편파기가 광선의 세기를 0으로 줄이기 위해 사용되었습니다. 이 때 1/4파장이나 반파장 지연기가 두 편파기 사이에 존재할 경우에 대하여 빛의 세기와 편광방향 변화에 대하여 해석하였습니다.

편파기나 파지연기와 같은 광학 장비의 조합은 빛의 세기와 편광 방향을 조절하기 위해 사용됩니다. 이 모델에서는 편광 방향이 서로 수직한 두 개의 선형 편파기가 광선의 세기를 0으로 줄이기 위해 사용되었습니다. 이 때 1/4파장이나 반파장 지연기가 두 편파기 사이에 존재할 경우에 대하여 빛의 세기와 편광방향 변화에 대하여 해석하였습니다.


파라볼릭(Paraboloidal) 형태의 접시는 태양에너지를 타겟으로 집중하여, 특정 부분에 매우 높은 열 변화를 일어나게 합니다. 이것은 발전기의 전력을 공급하기 위해 사용되는 수증기나 연료원으로 직접 사용되는 수소를 발생시키기 위해 사용됩니다. 이 모델에서는 타겟상의 위치에 따른 열 변화를 계산한 후, 이미 알려진 결과와 비교하였습니다. 그리고 태양의 크기와 주변 감광, 접시 표면의 거칠기에 대한 영향까지 고려되었습니다.

파라볼릭(Paraboloidal) 형태의 접시는 태양에너지를 타겟으로 집중하여, 특정 부분에 매우 높은 열 변화를 일어나게 합니다. 이것은 발전기의 전력을 공급하기 위해 사용되는 수증기나 연료원으로 직접 사용되는 수소를 발생시키기 위해 사용됩니다. 이 모델에서는 타겟상의 위치에 따른 열 변화를 계산한 후, 이미 알려진 결과와 비교하였습니다. 그리고 태양의 크기와 주변 감광, 접시 표면의 거칠기에 대한 영향까지 고려되었습니다.



Product Features

• 흡수 매질
• 수차 평가
• 도메인과 경계면에 대한 누적 변수
• 원형파 지연기
• 강한 흡수 매질을 위한 보정
• 도메인이나 경계면에서 광 파워 누적량 계산
• 유전 필름
• 회절격자
• 난 반사
• 주파수 분포
• 이상적인 편광기
• 균일 매질에서 빛 세기 계산
• 선형 편광기
• 렌즈들과 반도체 물질, 그 밖의 분야들에서 사용되는 다수의 유리들을 포함한 약 1400종의 광학 물질 라이브러리
• 선형파 지연기
• Mueller 행렬
• 연속적이지 않은 광선 궤적
• 색 수차 출력
• 광로 길이 변수
• 광 상태 데이터를 저장하기 위한 옵션
• 원기둥형과 구형, 비구면 렌즈와 빔 스플리터, 접합렌즈, 프리즘, 역반사체, 거울들에 대하여 변수화된 형상들에 대한 Part Library
• 위상 계산
• 위상 공간
• Photometric데이터 입력
• Poincaré maps (spot diagrams)






• 곡률에 대한 주요 파면 반지름 계산
• 광선 소멸
• 균일 혹은 집속형(graded)매질에서 광 궤적
• 광로 길이에 대한 Ray Tracing study 설정
• Ray Trajectories와 Ray 후처리
• 매질 불연속 지점에서 반사와 굴절
• 도메인이나 경계면, 격자로부터 광 발생
• 정반사
• 스토크(Stokes)계수 계산
• 편광 혹은 무편광, 부분적 코히런트(cohereent) 빛 발생

Application Areas

• 건축
• 카메라
• 코팅
• 이미징(Imaging)
• 간섭계
• 레이저
• 렌즈 시스템
• 광학 부품
• 단색광기(Monochromator)
• 광 가열
• 태양 에너지 저장
• 분광계