COMSOL Multiphysics® 5.3a Release Highlights



Ray Optics Module Updates



Ray Optics모듈 사용자 분들을 위하여 COMSOL Multiphysics 5.3a버전에서는 새로운 Ray 방출 분포 설정과 다양한 경계조건들이 제공됩니다. Ray Optics모듈을 위한 Part Library에서는 새로운 거울과 렌즈형상들이 제공됩니다. Ray Optics모듈의 자세한 사항들은 하단을 참고하여 주십시오.

Grid-Based Release with Cylindrical and Hexapolar Coordinates


Release From Grid기능을 사용할 때, 원통형이나 육각형 격자 점에서 광선을 방출 할 수 있습니다. 사용자는 원통형 분포의 중심과 방향, 다른 반경 위치 및 각도를 설정할 수 있습니다..

원통형 격자 분포는 원형 격자점(왼쪽) 사이의 간격이나 공간 밀도(가운데), 사용자 정의 반지름(오른쪽)에 근접하도록 간격을 균일한 간격을 지정할 수 있습니다.

원통형 격자 분포는 원형 격자점(왼쪽) 사이의 간격이나 공간 밀도(가운데), 사용자 정의 반지름(오른쪽)에 근접하도록 간격을 균일한 간격을 지정할 수 있습니다.


왼쪽부터 오른쪽까지: 2개 및 5개, 10개의 링이 포함된 육각 격자

왼쪽부터 오른쪽까지: 2개 및 5개, 10개의 링이 포함된 육각 격자


Faster Release from Boundaries

COMSOL Multiphysics® 5.3a버전에서는 5.3버전에 비해 “Uniform”과 “Density-based distribution”을 사용하여 경계면에서 광선을 방출하는 것이 훨씬 빨라져서 Inlet과 Illuminated Surface기능을 사용하는 모델의 성능이 향상되었습니다.

아래 표는 Application Library의 Solar Dish Receiver모델에서 성능향상을 보여 주고 있습니다. 모델에서 많은 광선들이 태양을 바라보는 포물선 반사경에서 방출됩니다.

Number of Rays Solution Time(s), Version 5.3 Solution Time(s), Version 5.3a3 Speedup
1000 5 4 25%
2000 8 3 170%
5000 16 5 220%
10,000 41 6 7x
20,000 53 9 6x
50,000 130 19 7x
100,000 244 36 7x

1소켓에 6개의 코어를 가진 2.10GHz의 Intel® Xeon® CPU E5-2620 v2와 16.33GB를 사용할 수 있는 장비를 사용하였습니다.

Suppress the Release of Reflected Rays During Refraction


다른 매질 사이에 매질이 불연속되는 지점에서 입사된 광선이 굴절될 때, 사용자는 표면에서 생성되는 반사된 광선을 쉽게 제어할 수 있습니다. 기본적으로 입사광선은 경계면 양쪽의 굴절률이 다르면 반사 광선과 굴절 광선으로 분리됩니다. 옵션으로 사용자는 수식을 정의하여 경계면에서 반사 광선을 생성하거나 방출되지 않도록 할 수 있습니다.

Easier Ways to Specify Reflectance and Transmittance at Boundaries


Material Distcontinuity기능에서 경계면에 코팅된 유전체의 매질 특성을 모르더라도 사용자 정의 반사계수와 투과계수를 이용하여 손쉽게 설정 할 수 있습니다. 반사계수나 투과계수는 기본 설정으로 상수값이지만, 수식이나 Analytic혹은 Interpolation함수를 이용하여 정의할 수도 있습니다.

스크린샷 보기

스크린샷 보기

New Options for Setting Up Diffraction Gratings

회절 격자를 설정할 때 유연성을 높이기 위해 COMSOL Multiphysics® 5.3a버전에서 몇 가지 새로운 옵션을 사용할 수 있습니다. 3차원에서 격자의 방향을 지정할 때, 격자의 주기 방향(하나의 단위셀에서 다음 방향으로) 또는 선의 방향을 입력 할 수 있습니다. 또한 회절 차수 0의 광선은 Grating기능에서 더 이상 자동으로 설정되지 않습니다. 대신 모든 0이 아닌 회절 차수와 같이 Diffraction Order노드로 설정됩니다. Grating노드를 설정하면 기본적으로 Diffraction order노드가 만들어 집니다. 이를 통하여 모델에 중요하지 않은 경우 0차 광선을 생략할 수 있습니다.

스크린샷 보기

Mirror Boundary Condition


Mirror경계조건은 입사된 광선을 항상 정반사시키는 특별한 Wall경계조건으로 사용할 수 있습니다.

스크린샷 보기

Study Termination Based on Number of Reflections


사용자는 자동으로 경계면에서 반사된 광선을 계산할 수 있습니다. 간단하게 Count reflection을 활성화 하면 내장된 변수가 Wall과 Material discontinuities에서 반사되는 횟수를 저장하는데 사용됩니다. 또한 Ray Tracing Study에서 모든 광선이 지정된 횟수만큼 반사된 경우 자동으로 종료하는 옵션이 내장되어 있습니다. 이 옵션을 사용하면 각 광선이 이미 여러 번 반사되어 해석이 종료되기를 기다리는 불필요한 시간 낭비를 막을 수 있습니다.

세 개의 광선들은 정반사되는 경계면들과 상호 작용합니다. 색은 반사횟수를 나타냅니다. 이 해석은 모든 광선들이 적어도 3번이상 반사된 후에 종료됩니다.

세 개의 광선들은 정반사되는 경계면들과 상호 작용합니다. 색은 반사횟수를 나타냅니다. 이 해석은 모든 광선들이 적어도 3번이상 반사된 후에 종료됩니다.


Part Library Improvements

Ray Optics모듈의 Part Library에 새로운 Part들이 추가되었습니다: Spherical General Lens, Circular Planar Annulus, On Axis Conis Mirror, Off Axis Conic Mirror입니다.

Spherical General Lens
양쪽에 다른 두 곡률 반경을 가진 렌즈를 정의 하기 위해 Spherical General Lens를 사용합니다. 이 렌즈 형상은 곡률이 동일한 볼록렌즈와 평면 볼록 렌즈보다 훨씬 일반적이며, 렌즈 표면에 명확한 조리개를 지정할 수 있습니다.

Part Libraries의 Spherical General Lens.

Part Libraries의 Spherical General Lens.



3차원 Spherical General Lens를 여러 개 사용하여 구성된 다중요소 렌즈의 단면입니다.

3차원 Spherical General Lens를 여러 개 사용하여 구성된 다중요소 렌즈의 단면입니다.


Circular Planar Annulus
Circular Planar Annulus는 3차원 형상에서 개구 조리개 기능을 수행할 수 있는 평면 링입니다. 예를 들어, 카메라나 망원경의 렌즈 주위에 이것을 넣어 벗어난 빛을 흡수할 수 있습니다. 이 부품은 간단한 원형 평면을 제공하기 위해 중앙에 구멍 없이 사용할 수도 있습니다.


Part Libraries의 Circular Planar Annulus.

Part Libraries의 Circular Planar Annulus.


Circular Planar Annulus 파트를 사용하여 정의된 개구가 있는 렌즈의 단면입니다.

Circular Planar Annulus 파트를 사용하여 정의된 개구가 있는 렌즈의 단면입니다.


On Axis Conic Mirror
On Axis Conic Mirror는 곡률 반경과 원뿔 상수를 지정할 수 있는 축 대칭 거울입니다. 중앙 구멍이 있는지 여부를 선택할 수 있습니다.

Part Libraries의 On Axis Conic Mirror

Part Libraries의 On Axis Conic Mirror


On Axis Conic Mirror 파트를 이용하여 구성된 간단한 2개의 거울 망원경 모델입니다. 중심부에 구멍이 있고, 첫번째 거울의 앞면 모서리에 개구와 평평한 고리가 포함되어 있습니다.

On Axis Conic Mirror 파트를 이용하여 구성된 간단한 2개의 거울 망원경 모델입니다. 중심부에 구멍이 있고, 첫번째 거울의 앞면 모서리에 개구와 평평한 고리가 포함되어 있습니다.



Off Axis Conic Mirror
Off Axis Conic Mirror는 중심이 대칭축에서 벗어난 거울입니다. On Axis Conic Mirror와 동일하게 곡률 반경과 원뿔상수를 지정할 수 있습니다. Application Library의 White Pupil Échelle Spectrograph예제는 이 파트의 사용법을 보여주며, 아래에 좀 더 자세히 설명되어 있습니다.

Part Libraries의 Off Axis Conic Mirror.

Part Libraries의 Off Axis Conic Mirror.


New Tutorial Models: Double Gauss Lens

간단한 다수의 렌즈를 사용하여 렌즈 시스템을 설정하고 후처리 하는 방법을 보여 주기 위해, 두 개의 새로운 Double Gauss Lens예제가 Application Library에 추가되었습니다. 각각의 렌즈는 Ray Optics모듈의 Part Library를 이용하여 정의됩니다. 이 예제의 두 가지 버전이 제공됩니다: Ray Tracing스터디가 한번만 실행되는 단순한 버전과 다른 파장과 필드 각도에 대해 Parametric Sweep이 적용된 버전입니다.

Double Gauss Lens의 단면도는 4개의 추가 필드 각도에 대하여 주 광선뿐만 아니라 주변의 축상의 광선을 보여 줍니다.

Double Gauss Lens의 단면도는 4개의 추가 필드 각도에 대하여 주 광선뿐만 아니라 주변의 축상의 광선을 보여 줍니다.


다수의 파장과 필드 각도를 사용하는 Double Gauss Lens(Parametic Sweep)모델의 광선 다이어 그램

다수의 파장과 필드 각도를 사용하는 Double Gauss Lens(Parametic Sweep)모델의 광선 다이어 그램

Application Library path:

Ray_Optics_Module/Lenses_Cameras_and_Telescopes/double_gauss_lensRay_Optics_Module/Lenses_Cameras_and_Telescopes/double_gauss_lens_parametric

New Tutorial Model: Petzval Lens

Ray Optics모듈의 Part Library를 사용하여 렌즈 시스템을 설정하고 후처리 하는 방법을 보여 주기 위해, Double Gauss Lens예제와 유사한 새로운 Petzval Lens예제가 Application Library에 추가되었습니다. 많은 경우에 사용자는 Petzval렌즈와 같은 렌즈를 큰 시스템에 포함할 수 있고, White Pupil Échelle Spectrograph예제 모델에서 이를 보여 주고 있습니다(아래 참조).

Petzval Lens모델의 단면도는 5개의 추가 필드 각도에 대하여 주 광선뿐만 아니라 주변의 축상의 광선을 보여 줍니다.

Petzval Lens모델의 단면도는 5개의 추가 필드 각도에 대하여 주 광선뿐만 아니라 주변의 축상의 광선을 보여 줍니다.

Application Library path:

Ray_Optics_Module/Lenses_Cameras_and_Telescopes/petzval_lens

New Tutorial Model: White Pupil Échelle Spectrograph

Échelle 분광기는 격자와 거울, 렌즈로 구성된 기구로 다색광을 고도로 분산된 스펙트럼으로 분리할 수 있습니다. 이 예제에서는 광선을 완전히 변수화된 echelle 분광기 형상을 이용하여 추적하고 Petzval렌즈에 의해 집중됩니다. 모델은 두 개의 격자들과 (고차에서 사용된)échelle격자, 교차 분산 격자를 사용하여 서로 다른 주기 방향을 가지며, 다른 파장과 échelle차수에 대한 점의 2차원 배열을 생성합니다.

White Pupil echelle 분광기. 광선은 진공 파장에 의해 색이 결정됩니다. 오른쪽에는 Petzval렌즈 시스템의 확대된 모습이 나와 있으며, 각 파장에 대한 축 광선만 표시되도록 필터링되어 있습니다.

White Pupil echelle 분광기. 광선은 진공 파장에 의해 색이 결정됩니다. 오른쪽에는 Petzval렌즈 시스템의 확대된 모습이 나와 있으며, 각 파장에 대한 축 광선만 표시되도록 필터링되어 있습니다.

Application Library path:

Ray_Optics_Module/Spectrometers_and_Monochromators/white_pupil_echelle_spectrograph