COMSOL Multiphysics^®5.5 发布亮点

射线光学模块更新

COMSOL Multiphysics^®5.5 版本为“射线光学模块”的用户引入了多尺度建模功能，其中的新特征可以将“RF 模块”或“波动光学模块”的频域电磁学与射线光学相耦合，新增了可以简化后处理操作的专用点列图绘图，并改进了光栅边界条件，现在包含专用的交叉光栅特征。请阅读以下内容，进一步了解“射线光学模块”的新增功能及其他更新。

多尺度电磁建模

新版本增加了两个射线释放功能，支持用户将“射线光学模块”与“RF 模块”或“波动光学模块”耦合，在“模型开发器”工作流程中无缝地集成起来，进行多尺度电磁建模。

在本例中，多尺度是指同时在与波长相当的小尺度，以及比波长大得多的尺度上进行光学建模。其中，在波长尺度上使用有限元法 (FEM)，对光的长距离传播使用射线追踪方法建模。

您可以使用新的基于电场释放特征从表面发射光线，其初始强度和偏振取自相邻区域的电场。这使您可以使用电磁波，频域接口或电磁波，波束包络接口先模拟电磁波在与波长相当的距离上的传播，然后通过射线追踪将模型扩展为模拟更长的距离。同样，您也可以使用新的基于远场辐射方向图释放特征，根据先前研究中定义的远场函数从点或点栅格向外发射光线。在释放光线时，可以通过指定欧拉角来转换辐射方向图，以便从许多不同的天线方向释放，而不必重新计算辐射方向图。

以下模型使用了这一新功能：

• 基于平面电磁波的射线释放（新模型）
• 偶极天线源的射线释放（二维轴对称）（新模型）
• 偶极天线源的射线释放（三维）（新模型）

“点列图”绘图

借助专用的点列图绘图，您可以更轻松地绘制射线与表面的交点，从而显著加快射线光学模型的后处理速度。表面既可以是几何图形中的物理边界，也可以是通过三维交点数据集创建的虚拟边界。

点列图绘图包含的专用工具可用于定制和组织绘图，例如：

• 过滤掉射线，使其不显示在绘图中
• 根据波长或视场角对射线进行分类，使它们看起来像不同的点组成的阵列
• 自动定位最小均方根 (RMS) 点尺寸的平面并在其中创建数据集
• 显示文本注释，例如点尺寸、波长和位置

以下模型使用了这一新功能：

• 微型相机模组（新模型）
• 交叉光栅阶梯光栅光谱仪（新模型）
• 双高斯透镜
• 格里高利-马克苏托夫望远镜（新模型）
• 哈勃太空望远镜
• 凯克望远镜（新模型）
• 龙勃透镜
• 牛顿望远镜
• 牛顿望远镜结构分析（新模型）
• Petzval 透镜
• Petzval 透镜 STOP 分析（新模型）
• Petzval 透镜 STOP 分析，参数化扫描（新模型）
• Petzval 透镜 STOP 分析，超弹性（新模型）
• Petzval 透镜 STOP 分析，表面对表面辐射（新模型）
• 施密特-卡塞格林望远镜（新模型）
• 大功率激光聚焦系统中的热致焦移
• 白瞳阶梯光栅光谱仪

光学像差图的功能改进

光学像差图现在包含新的设置，可供您更轻松地计算用于描述单色像差的泽尼克多项式系数。新增的内置滤波器选项可基于波长、反射次数或释放特征来移除射线。此外，还有一个新命令可以自动定义以 RMS 焦点为中心的参考半球。您可以在双高斯透镜和牛顿望远镜结构分析模型中看到这一新功能的应用演示。

交叉光栅特征

您可以使用新的交叉光栅特征将边界处理成具有两个不同周期性方向的周期性子结构。与此相反，现有的光栅节点支持一个周期性方向，并在正交方向将子结构视为均质。您可以在交叉光栅阶梯光栅光谱仪模型中看到这一新功能的应用演示。

光栅功能改进

光栅特征在 5.5 版本中进行了显著升级。现在，您可以单击添加衍射级按钮，根据模型中所用射线的波长为光栅可能释放的所有衍射级自动创建子节点。此外，您还可以指定光栅的相对衍射级。这对闪耀光栅特别有用，在这种光栅中，具有最小相对级数的绝对衍射级是与闪耀角偏差最小的衍射级。您可以在白瞳阶梯光栅光谱仪模型中看到这一新功能的应用演示。

用于外部域和空域的空气模型

现在，您可以使用内置的 Edlen 模型将几何外部和未划分网格的域中的空白空间视为空气，该模型可以准确表示空气折射率随温度和压力的变化情况。基于此功能，您可以轻松地对光学系统进行建模，这些系统已针对大气条件而不是真空条件进行优化。外部域和未划分网格的域都必须均质的。外部温度和压力为标量输入，必须应用于整个区域。

以下模型使用了这一新功能：

• 微型相机模组（新模型）
• 交叉光栅阶梯光栅光谱仪（新模型）
• 双高斯透镜
• Petzval 透镜
• Petzval 透镜 STOP 分析（新模型）
• Petzval 透镜 STOP 分析，参数化扫描（新模型）
• Petzval 透镜 STOP 分析，超弹性分析（新模型）

新的释放类型：六边环型锥体

当您以锥体释放射线时，现在可以使用新的锥形分布类型：六边环型。对于六边环型锥体选项，射线从锥轴以均匀分布的角度释放，每个环比前一个环多六条射线。

以下模型使用了这一新功能：

• 交叉光栅阶梯光栅光谱仪（新模型）
• 大功率激光聚焦系统中的热致焦移
• 白瞳阶梯光栅光谱仪

重命名的射线释放特征

COMSOL Multiphysics^®5.5 版本已重命名射线释放特征。入口现在称为从边界释放，轴上的入口（在二维轴对称模型中）现在称为从对称轴释放。

新的多面镜零件

您现在可以使用“射线光学模块”的“零件库”将多面镜添加到几何中。这些新的多面镜称为“球形多面镜（三维）”、“同轴锥形多面镜（三维）”和“离轴锥形多面镜（三维）”。您可以在凯克望远镜模型中看到“离轴锥形多面镜（三维）”零件的应用演示。

非球面透镜和反射镜零件

新版本对“射线光学模块”的“零件库”中的非球面透镜和反射镜进行了修正，并添加了多个新零件：

• 偶次非球面透镜（三维）（改进后替代了“非球面透镜（三维）”，后者已移至旧零件）
• 偶次非球面反射镜（三维）
• 奇次非球面透镜（三维）
• 奇次非球面反射镜（三维）
• Q 型 Qbfs 非球面透镜（三维）
• Q 型 Qbfs 非球面反射镜（三维）
• Q 型 Qcon 非球面透镜（三维）
• Q 型 Qcon 非球面反射镜（三维）

此处的“Q 型”表示一种用于定义透镜或反射镜表面凹陷的正交多项式基。"Qbfs" 和 "Qcon" 分别表示用于描述与“最佳拟合球面”和圆锥曲线的偏离量的多项式。与偶次和奇次非球面相比，定义 Q 型非球面的优势在于，所有多项式系数都具有相同的数量级，因此，由于舍入而导致数值误差的风险较小。您可以在微型相机模组和施密特-卡塞格林望远镜模型中看到“偶次非球面透镜（三维）”的应用演示。

双合透镜和三合透镜零件

“射线光学模块”的“零件库”中新增了两个多重态透镜零件：“球面双合透镜（三维）”和“球面三合透镜（三维）”。对于这两个零件，用户可以指定各个透镜是黏合在一起，还是它们之间存在气隙。您可以在交叉光栅阶梯光栅光谱仪模型中看到“球面双合透镜（三维）”的应用演示。

预览栅格释放位置

现在，当您使用从栅格释放特征从点栅格释放粒子时，可以在图形窗口中预览粒子的初始位置。在设置窗口的初始坐标栏中，单击预览初始坐标按钮可以查看作为点栅格显示的粒子初始坐标。单击预览初始范围按钮可以查看初始坐标的空间范围（显示为边框）。通过这些按钮，您可以在运行研究之前检查粒子的初始位置。

此外，当您右键单击研究节点并单击获取初始值时，可以预览所有释放类型的粒子初始位置和速度。

各向同性散射壁条件

现在，您可以选择各向同性散射作为粒子击中几何边界时的壁条件。与漫散射条件类似，各向同性散射条件使粒子在面法向周围以随机采样的速度方向进行反射。不过，漫散射条件使用基于余弦定律的概率分布，而各向同性散射条件遵循的概率分布在半球的任何微分立体角上都给出相等的通量。

新的教学案例和 App

5.5 版本新增了多个教学案例和 App。