COMSOL Multiphysics® 6.0 Release Highlights


Ray Optics Module Updates


Ray Optics Module사용자 분들을 위하여 COMSOL Multiphysics 6.0에서 기능들이 상당히 개선되었고, 500개 이상의 광학 유리들에 대하여 광학 분산 계수 및 내부 투과율 데이터와 함께 구조와 열적 특성들이 포함되도록 광학 매질 라이브러리가 개선되었습니다. 그 외에 가우시안 빔을 모델링 하고 표면에서 흑체 복사를 방출하기 위한 새로운 광선 방출 기능이 제공됩니다.

Optical Material Library Improvements

Ray Optics 모듈과 Wave Optics모듈에서 제공되는 광학 매질 라이브러리에서 SCHOTT AG와 CDGM Glass Company Ltd., Ohara Corporation, Corning Inc의 유리들에 대하여 좀 더 포괄적인 물성 데이터가 제공됩니다. 광학 분산 계수와 열-광학 계수 외에도 이러한 유리의 대부분은 내부 투과율과 밀도, 탄성계수, 포와송 비, 선형 열팽창 계수, 열전도율, 비열 용량을 포함합니다. 광학 유리들에 대한 보다 포괄적인 매질 데이터가 포함되어 구조-열-광학이 결합된 성능(STOP)해석 모델을 설정하는 것이 보다 손쉬워졌습니다.

d선 굴절률이 Slice 플롯으로 표시된 Petzval렌즈에서 세 가지 다른 입사 각도의 광선이 추적되었습니다. 광학 유리는 오른쪽에 표시된 광학 매질 라이브러리에서 불러왔습니다.

d선 굴절률이 Slice 플롯으로 표시된 Petzval렌즈에서 세 가지 다른 입사 각도의 광선이 추적되었습니다. 광학 유리는 오른쪽에 표시된 광학 매질 라이브러리에서 불러왔습니다.

추가스크린샷 보기

새로운 Petzval Lens Optimization모델과 기존 예제 모델들에서 이러한 개선사항들을 확인 할 수 있습니다:

  • cross_grating_echelle_spectrograph
  • double_gauss_lens
  • double_gauss_lens_image_simulation
  • gregory_maksutov_telescope
  • light_pipe
  • petzval_lens_geometric_modulation_transfer_function
  • petzval_lens_stop_analysis
  • petzval_lens_stop_analysis_isothermal_sweep
  • petzval_lens_stop_analysis_with_hyperelasticity
  • petzval_lens_stop_analysis_with_surface_to_surface_radiation
  • petzval_lens
  • schmidt_cassegrain_telescope
  • white_pupil_echelle_spectrograph

New Ways to Define Absorbing Media


Geometrical Optics인터페이스에서 흡수 매질을 정의하는 새로운 방법이 제공됩니다. 우선 감쇠 계수를 지정할 수 있습니다. 또는 표면에서 프레넬 손실(Fresnel losses)을 무시하면서 주어진 두께의 재료 샘플을 통해 투과되는 빛 강도의 비율인 내부 투과율을 입력할 수 있습니다. 광학 매질 라이브러리의 많은 재료들은 이제 내부 투과율 데이터의 룩업 테이블(lookup table)을 이용해서도 흡수특성을 조절합니다. 이전 버전에서 흡수 매질을 설정하는 유일한 방법은 굴절률의 실수부와 허수부를 직접 입력하는 것이었습니다(허수부나 음의 허수부는 소멸계수라고도 불립니다).

사용자 정의 매질에서 내부 투과율에 대한 입력 화면.

사용자 정의 매질에서 내부 투과율에 대한 입력 화면.


Gaussian Beam Ray Release Feature


Gaussian Beam 광선 방출 기능을 광선 세기나 파워에 대하여 해석할 때 사용할 수 있습니다. 초기 세기나 파워가 가우스 분포인 광선을 방출하기 위해 추가 할 수 있습니다. 빔 웨이스트(waist) 반경이나 빔 발산 반각, 레일리 범위를 지정할 수 있습니다; 그러면 빔의 세기 분포는 자동으로 계산됩니다. Gaussian Beam기능은 두 가지 방식으로 사용할 수 있습니다. 빔의 Rayleigh범위가 모델 형상에 비해 매우 작은 경우 이 기능은 빔을 포인트 소스로 다루며, 여기에서 광선은 초기 세기가 각도에 따라 다른 원뿔형 분포를 가집니다. 또는 Rayleigh범위가 형상 크기보다 상당히 크다면 광선이 모두 평행한 콜리메이트 빔을 방출 할 수 있습니다.

Gaussian Beam 광선 방출 기능에 대한 설정. 광선의 파워에 비례하는 색표현을 가진 일반적인 빔을 보여줍니다.

Gaussian Beam 광선 방출 기능에 대한 설정. 광선의 파워에 비례하는 색표현을 가진 일반적인 빔을 보여줍니다.


Blackbody Radiation Ray Release Feature


이상적인 흑체 복사 소스의 파워과 파장 분포를 사용하여 표면에서 광선을 방출 할 수 있습니다. 3차원 모델에서 사용할 수 있는 Blackbody Radiation기능은 표면 온도를 기반으로 방출된 광선의 초기 세기와 파워를 지정합니다. Geometrical Optics인터페이스가 다색광 방출을 허용하도록 구성된 경우, 광선의 파장이나 주파수는 표면 온도를 기반으로 플랑크(planck) 분포 함수로부터 자동으로 샘플링 됩니다. Release from Grid와 Release from Boundary와 같은 일반적인 광선 방출 기능을 사용하면 플랑크 분포에 따라 다색광을 방출할 수도 있지만, 이 경우 초기 광선 세기와 파워는 별도로 지정됩니다

냉각 플랜지 표면에서 흑체 방출. 광선들은 파워에 비례하여 흑백으로 표현되었습니다.

냉각 플랜지 표면에서 흑체 방출. 광선들은 파워에 비례하여 흑백으로 표현되었습니다.


New Ways to Specify Initial Intensity Distribution


초기 광선 파워가 편중된 분포를 가진 광선들을 방출하기 위해 새로운 설정을 사용할 수 있습니다. Release나 Release from Grid와 같은 대부분의 광선 방출 기능에 대한 설정에서 초기 세기나 파워의 Weighted distribution을 설정하도록 선택할 수 있습니다. 모든 광선들에 대한 총 파워는 여전히 지정된 총 소스 파워에 합산되지만, 개별 광선의 파워는 초기 광선 위치 및 방향에 대한 함수인 가중 계수에 비례하게 설정할 수 있습니다. 이것은 사용자 정의 소스에 지향성을 할당하는데 사용할 수 있습니다.

편중된 초기 광선 파워를 설정하는 광선 방출 기능에 대한 설정

편중된 초기 광선 파워를 설정하는 광선 방출 기능에 대한 설정


Transformations when Loading Ray Coordinates from a File


Release from Data File노드를 사용하여 파일에서 광선 방출 위치를 불러올 때, 초기 좌표에 Transformations을 적용할 수 있습니다. 팽창(크기조정)과 회전, 변환을 조합하여 사용할 수 있습니다. 선택적으로 초기 광선 방향도 파일에서 불러올 경우, 위치와 방향에 동일한 회전을 적용할 수 있습니다.

Release from Data File의 두 가지 사례는 램프에서 방출된 광선 분포를 이동 및 회전, 크기 조정하는 데 사용됩니다.

Release from Data File의 두 가지 사례는 램프에서 방출된 광선 분포를 이동 및 회전, 크기 조정하는 데 사용됩니다.


Easier Postprocessing of Refractive Index and Abbe Number


헬륨 d선 및 수소 F선, 수소 C선의 굴절률에 대해 정의된 후처리 변수들을 사용할 수 있습니다. Abbe수도 정의되었습니다. 이러한 변수들은 모든 플롯 유형(예: Slice또는 Volume플롯)에서 사용하여 광선 광학 모델에서 모든 광학 유리의 굴절률 또는 분산을 시각화할 수 있습니다. 이러한 새로운 후처리 기능들은 Double Gauss Lens와 Petzval Lens모델에서 확인할 수 있습니다.

Petzval lens모델의 결과. 광선에 대한 색상 표현은 이미지 평면에서 스폿 중심으로부터의 거리를 나타냅니다. 렌즈의 색상은 d선 굴절률을 나타냅니다. 접합된 더블릿에서 크라운 유리와 플린트 유리 사이의 차이를 쉽게 볼 수 있습니다.

Petzval lens모델의 결과. 광선에 대한 색상 표현은 이미지 평면에서 스폿 중심으로부터의 거리를 나타냅니다. 렌즈의 색상은 d선 굴절률을 나타냅니다. 접합된 더블릿에서 크라운 유리와 플린트 유리 사이의 차이를 쉽게 볼 수 있습니다.


Simplified Names for Nonlocal Couplings


Geometrical Optics인터페이스는 모델에서 광선들에 대한 수식의 합계나 평균, 최소, 최대를 계산하기 위한 함수가 정의 되어 있습니다. 이 버전에서는 이러한 함수의 이름이 더 쉽게 사용할 수 있도록 단순화 되었습니다. 다음의 예제들에서 이 변경 사항을 확인 할 수 있습니다.

  • Czerny-Turner Monochromator
  • Petzval Lens Geometric Modulation Transfer Function
  • Ray Release Based on a Plane Electromagnetic Wave
  • Ray Release from a Dipole Antenna Source (2D Axisymmetric)
  • Ray Release from a Dipole Antenna Source (3D)

다음 표에는 이전버전과 현재 버전의 함수 이름들이 나열되어 있습니다.

Coupling Description Old Name New Name
Sum over rays gop.gopop1(expr) gop.sum(expr)
Sum over all rays gop.gopop_all1(expr) gop.sum_all(expr)
Average over rays gop.gopaveop1(expr) gop.ave(expr)
Average over all rays gop.gopaveop_all1(expr) gop.ave_all(expr)
Maximum over rays gop.gopmaxop1(expr) gop.max(expr)
Maximum over all rays gop.gopmaxop_all1(expr) gop.max_all(expr)
Minimum over rays gop.gopminop1(expr) gop.min(expr)
Minimum over all rays gop.gopminop_all1(expr) gop.min_all(expr)
Evaluate at maximum over rays gop.gopmaxop1(expr, evalExpr) gop.max(expr, evalExpr)
Evaluate at maximum over all rays gop.gopmaxop_all1(expr, evalExpr) gop.max_all(expr, evalExpr)
Evaluate at minimum over rays gop.gopminop1(expr, evalExpr) gop.min(expr, evalExpr)
Evaluate at minimum over all rays gop.gopminop_all1(expr, evalExpr) gop.min_all(expr, evalExpr)

예전 버전의 이름들도 6.0에서 계속 동작하므로 기존 모델을 수정할 필요는 없습니다.

Release from Electric Field Improvement


인접 도메인의 파동 FEM결과를 기반으로 초기 세기 및 편광 특성을 가진 광선을 방출하는 것이 더 쉬워졌습니다. Release from Electric Field노드를 사용할 때, 초기 광선 방향은 이제 인접 도메인에서 해석된 필드의 포인팅 벡터에서 직접 가져올 수 있습니다.

Electromagnetic Waves, Beam Envelopes인터페이스를 기반으로 하는 파동FEM결과는 방출된 광선들의 세기 및 편광 특성, 방향을 초기화 하는데 사용됩니다.

Electromagnetic Waves, Beam Envelopes인터페이스를 기반으로 하는 파동FEM결과는 방출된 광선들의 세기 및 편광 특성, 방향을 초기화 하는데 사용됩니다.


Improved Handling of Curved Gratings


곡선형 회절 격자의 홈 간격 해석이 더 명확하고 쉽게 정의할 수 있습니다. 정의된 격자 상수를 격자 표면의 홈 사이의 거리로 해석해야 하는지(5.6이전 버전에서 사용된 것처럼) 아니면 정의된 격자 상수가 실제로 접선 평면의 홈 사이에 투영된 거리인지를 선택할 수 있습니다. 새로운 Rowland circle spectrometer모델에서 이 기능을 확인 할 수 있습니다.

Grating경계조건에서 격자 상수 해석에 대한 새로운 설정.

Grating경계조건에서 격자 상수 해석에 대한 새로운 설정.


New Tutorial Models

COMSOL Multiphysics 6.0버전에서는 Ray Optics모듈에 대한 세가지 새로운 예제 모델들이 제공됩니다.


Petzval Lens Optimization

유리 교체와 원본 형상 변수를 사용한 Petzval lens의 광선 다이어그램(위쪽)과 3개의 입사 각도와 3개의 파장들에 대하여 RMS 스폿 크기 최소화를 위한 최적화 후 광선 다이어그램(아래).

유리 교체와 원본 형상 변수를 사용한 Petzval lens의 광선 다이어그램(위쪽)과 3개의 입사 각도와 3개의 파장들에 대하여 RMS 스폿 크기 최소화를 위한 최적화 후 광선 다이어그램(아래).



Microlithography Lens

왼쪽에서 오른쪽으로 광선들이 전파되는 마이크로리소그래피 렌즈 시스템의 광선 다이어그램. 색상 표현은 광로 길이를 나타냅니다.

왼쪽에서 오른쪽으로 광선들이 전파되는 마이크로리소그래피 렌즈 시스템의 광선 다이어그램. 색상 표현은 광로 길이를 나타냅니다.



Rowland Circle Spectrometer

다색광(두꺼운 검은색 선으로 표시)은 왼쪽 상단에서 Rowland원으로 들어가고 하단의 오목한 곡선 회절 격자에 부딪힙니다. 여러 회절 차수의 반사광은 원을 따라 다른 위치에 집중됩니다. m=0회절 차수를 제외한 모든 경우에 대해 반사광은 파장별로 분류됩니다.

다색광(두꺼운 검은색 선으로 표시)은 왼쪽 상단에서 Rowland원으로 들어가고 하단의 오목한 곡선 회절 격자에 부딪힙니다. 여러 회절 차수의 반사광은 원을 따라 다른 위치에 집중됩니다. m=0회절 차수를 제외한 모든 경우에 대해 반사광은 파장별로 분류됩니다.