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[交流] 大型光学系统中的射线追踪模拟

大型光学系统中的射线追踪模拟
http://cn.comsol.com/c/1d4n

射线轨迹的有效和通用计算
射线光学模块用于模拟波长远小于模型最小几何细节的系统中电磁波的传输。电磁波可以看做在均匀或渐变介质中传输的射线。由于没有必要在有限元网格中分析波长，射线轨迹可以在较低的计算成本下求解较长距离的传输。同时，射线在不同介质分界面上可以产生反射和折射现象。

射线追踪求解步骤中的简捷设定
射线光学模块内置各种相关边界条件，其中包括镜面和漫反射组合。射线可以从模型内部区域、边界或是均匀格点上释放。同时还包括一些专用的释放功能用于模拟太阳辐射或是照射面的反射、折射产生的光线发射。通过专业后处理工具来分析光线轨迹，分析许多光线上的表达式，并可视化干涉图。

射线光学的多物理场应用
应力、温度或其他物理参数的改变一般会影响射线轨迹的分布，或是影响求解域的几何形状或折射率。类似地，高能射线能够产生显著的热源，改变温度场或引起明显的热应力。射线光学能够完全描述这些多物理应用的仿真。在求解域或边界上的累加器功能可以创建储存对应求解域或边界网格单元上的包含射线信息的因变量。专用功能还包括计算射线区域衰减或边界吸收产生的沉积功率。借助该功能还可以设置射线轨迹与其他物理接口中的因变量之间的单向或双向耦合。应用案例包括热透镜效应的自洽模型等。

射线分析中的专业后处理功能
您可以借助射线轨迹图中的颜色表达式或是变形操作实现射线可视化。这可以用于比如瞬态电场偏振振幅的可视化变形。射线绘图还可以实现在指定时间步长中所有射线或是两束射线相互作用时射线属性随时间的变化。借助干涉条纹图，可以观测偏振射线在相交切面上的干涉现象。其他后处理工具还包括射线数值估算中的表格生成功能，观测射线轨迹与平面相交的庞加莱图（点图），相空间中所有光线看作轨迹点时，两个变量的相互作用相图描述。

内置工具分析射线强度、极化等
内置于射线光学模块的是一些特定应用的专门接口和被称为物理场接口的物理描述。几何光学接口包含许多可选变量，用于实现斯托克斯参数计算射线强度、偏振光建模、部分相关或非偏振辐射建模。通过边界条件设置常见光学元件在边界上发生的极化改变，如线偏振器或波延迟器。当进行强度计算时，射线被看作波前并计算其曲率主半径，从而增强焦散表面的可视化。通过菲涅尔公式计算介质分界面上的反射和折射，还可以选择基于介电薄膜的应用校对。当对瞬态电场（如干涉仪）感兴趣时，可以激活相变量。其他物理接口还可以用于计算光程长度，允许射线按照频率分布进行释放，同时提高在吸收介质中的射线轨迹的精度。

射线追踪求解步骤中的简捷设定
虽然是在时域中计算射线轨迹，但却没有必要指定时间步长的列表。在射线追踪求解步骤中直接指定所需光程大小即可求解光线轨迹。如果所有的光线均已离开求解域或剩余光线能量强度忽略不计时，通过内置的停止条件可以终止瞬态求解器，从而阻止求解器占用不必要的时间步长，提高求解效率。

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