射线光学模块

几何光学

您可以使用“几何光学”模拟电磁波在大型光学结构中的传播，在几何光学 接口包含射线强度和偏振的内置处理功能，其中采用 Stokes-Mueller 演算的形式进行强度计算，可以方便地跟踪完全偏振、非偏振和部分偏振的射线。

在这个接口提供一种灵活的射线追踪算法，可以追踪射线在均匀折射率和渐变折射率（GRIN）介质中的传播；射线也可以呈单色或多色，您可以在其中指定波长分布或输入一组离散值。

透镜和反射镜几何

“射线光学模块”提供一个基本几何零件库，其中包含反射镜、透镜、棱镜和孔径光阑等。这些都是完全参数化的零件，其中许多零件都包含具有不同输入参数组合的变体，因此，您可以方便地修改这些零件来满足自己的光学设计需求。

例如，您可以将球面镜或锥面镜插入几何序列；指定表面是凹面还是凸面；输入其曲率半径；然后指定平面镜（如果有）的孔径、外径和直径。您可以手动调整这些输入，也可以通过运行参数化扫描 研究来进行调整。不仅如此，您还可以使用内置工作平面，相对于之前插入的零件对当前零件进行定向；零件可以自动创建命名的选择，方便您轻松地将边界条件指派给正确的表面。

通用直观的特征

射线可以自动检测其路径中的几何边界，您无需指定射线-边界相互作用的顺序。当一束射线到达物体表面时，它可以被漫反射、镜面反射、折射或吸收。您也可以指定特定条件下的边界相互作用，或在给定概率的两个不同边界相互作用之间进行随机选择。

在电介质之间的边界上，每一束入射线都被明确地分成反射线和折射线。此外，系统还会自动检测全内反射。如果求解射线强度，则会根据菲涅尔方程自动更新反射线和折射线的强度。您也可以在材料不连续处定义薄介电层，并将其用作滤波器、抗反射涂层或介质反射镜。

射线释放机制

通过直接输入射线坐标，从文本文件导入坐标，或者从选定的几何实体释放射线，都可以将射线初始化。您可以从几何结构中的任何域、边界、边或点选择中释放射线。不仅如此，本模块还提供专门的特征，用于在地球表面的指定位置产生太阳辐射，或者从被照射的边界释放反射线或折射线。

在求解射线强度时，通过使用表达式或是在模型中加载光度数据文件（特别是 IES 文件），可以将射线初始化。其他预定义的射线释放特征可用于模拟黑体辐射和高斯光束传播。

射线在每个释放位置，都可以在用户指定的方向发射；您也可以从球形、半球形、锥形或朗伯分布中对多个不同的方向进行采样。

射线加热

射线加热 接口用于模拟大型光学系统中的电磁波传播，其中射线和温度分布是双向耦合的。由于吸收介质中的射线衰减而损失的能量会产生一个热源，并包含在温度计算中。

光学和热光色散模型

用户既可以直接指定每种介质的折射率，也可以基于光学色散关系进行推导。您不仅可以从材料数据库加载色散系数（如 Sellmeier 系数），还可以在用户定义的材料中直接输入。折射率可以是复值，其中实部确定介质中的光速，虚部则引起光线衰减或增益。

热光色散系数还可用于根据温度调整折射率。此外，本模块还提供温度相关的 Sellmeier 色散模型，将温度和波长的依赖关系组合成一组 Sellmeier 系数，尤其适用于研究低温材料。

光学材料库

光学材料库包含肖特科技、成都光明光电股份有限公司、株式会社小原公司和康宁公司的玻璃数据，以及各种气体、金属和聚合物。对于其中大多数光学玻璃来说，折射率是以通过一组光色散系数作为波长的函数给出。

除折射率以外，光学材料库中的许多光学玻璃还提供结构和热属性，比如密度、杨氏模量、泊松比、线性热膨胀系数、导热系数和比热容。通过包含这些结构和热属性，可以进一步促进 STOP 耦合分析。此外，玻璃的内部透光率也以波长函数的形式列在表格中，因此我们可以预测光在介质中的衰减情况。

光学性能可视化

借助 COMSOL Multiphysics® 的后处理工具，您可以创建信息丰富且美观的仿真结果。您可以在二维或三维模式中将射线绘制成线、管、点和矢量，并根据任意表达式对射线进行着色，表达式可以在不同的射线之间变化，甚至可以沿每条射线的路径变化。在求解射线强度时，您还可以沿射线绘制偏振椭圆。

除此之外，COMSOL Multiphysics® 软件还提供足够的灵活性，不仅可以显示射线路径，也可以生成其他专用绘图以方便您查看干涉条纹，还能将光程差分解为单独的单色像差项。此外，您还可以绘制射线与平面、球体、半球或更特殊表面的交点。