2关于光学和光子学多物理模拟的视频讨论

2020年7月30日

为什么要使用多物理软件进行光学模拟?这是一个问题之一激光重点世界高级编辑约翰·华莱士(John Wallace)在与Comsol的技术产品经理Chris Boucher进行的两部分视频聊天中询问。如果您是仿真的新手,请查看第一个视频,第1部分,“ ComsolMultiphysics®简介”,以查看仿真如何使光学产品设计受益。在第2部分,“光学和光子学中的COMSOL应用程序”,华莱士和Boucher讨论了为什么不仅要模拟光学元件。观看两个视频讨论,并获取以下亮点的摘要。

第1部分:ComsolMultiphysics®简介

为波浪和射线模拟

约翰·华莱士(John Wallace)开始接受采访评论激光重点世界快速聊天,可为光学和光子学工程师提供实用信息,以便在其研发工作中使用。为了涵盖模拟主题,华莱士计划与Comsol的Chris Boucher进行10分钟的对话。但是,随着采访的进行,很明显这个话题还有更多,因此他们进行了更长的2部分演讲。

光学和光子学的模拟广泛用于商业和学术工作。光学研发社区是ComsolMultiphysics®软件的早期采用者,用于仿真光纤,血浆,激光材料相互作用,光子开关,有机LED等。现在,您可能想知道是什么促使公司首先转向光学设计软件?

Boucher解释了为什么组织使用仿真来开发光子和光子学设备。在业务层面上,投资模拟软件的主要动机是节省时间和金钱,以使正确的产品更快,价格更低。乐动体育app无法登录在工程层面上,通过实际测试设计,模拟可以帮助在构建物理原型之前提高理解和预测性能。

“通过模拟,您可以以现实世界中物理对象无法做的方式来研究对象。例如,如果您正在对电磁波传播进行分析,则可以在任何时候和任何时候轻松访问电场幅度,这是通过物理域中的实验不可能的。” Boucher说。

计划,诊断和优化设计

华莱士和Boucher继续讨论可以模拟哪些类型的光学设备,从而简要介绍用于分析光波和光线的数值方法。用于光学仿真的方法基于光学大小不同,并分为两个主要类别:

  1. 当光波长远小于几何大小
  2. 当波长大约等于几何大小时

comsol Multiphysics支持两种类型的方案。对于前者,射线追踪方法用于跟踪镜头,镜子和结构等系统中的射线。对于后者,使用有限元方法和光束信封方法非常准确地计算出光学设备(例如纤维和波导)中电磁波的溶液。

使用COMSOL多物理学和Ray Optics模块创建的Luneburg镜头的射线追踪模型。
使用射线光学模块创建了通过Luneburg镜头追踪的射线图像。

“什么会驱使工程师开始使用COMSOL多物理学?”华莱士问。通常,正在引入仿真软件以进行新产品开发或改善产品 - 有时是为了找出为什么现有产品以某种方式行为。“仿真有助于计划,诊断和优化设计,以及通过虚拟构造产品来理解产品。创建模拟可以减少必须运行的实验数量或减少必须构建的物理原型的数量,以获取满足所有要求的设计。” Boucher说。

第2部分:光学和光子学中的comsol应用

不要模拟只是光学

在访谈的第2部分中,华莱士和Boucher讨论了光学现象与其他物理学相互作用并耦合的系统和产品的建模。乐动体育app无法登录comsol多物理学的一种特殊优势是,它可以计算到任何数量的不同物理和任意数量的耦合方案。这有助于设计任务,例如预测光线穿过加热引起的晶状体的热变形,通常称为结构 - 热 - 光学性能(停止)分析。其他应用包括光纤的结构变形,生物素,激光焊接,电视透镜等。

comsol®软件用于光学仿真的功能不会停止多物理。模型不仅可以包括任何数量的物理,而且还可以处理非常不同的量表。这可以建立结合光学上非常大小实体的问题。在同一模拟中处理多个量表的方式是通过在系统的各个部分应用不同的方法。例如,对于光学小物体,使用有限元方法计算电磁波特性,在周围的大域中,使用Ray光学仿真来计算射线跟踪模式。

激光聚焦系统模型,显示了光学和光子学多物理模拟的示例。
这种高功率激光聚焦系统的多物理模拟解决了几何光学和透镜的热变形。

使用仿真应用程序自动计算

约翰·华莱士(John Wallace)通过提出一个有趣的模拟方面来结束访谈:您如何自动化模型设置和计算?

根据您使用comsol多物理学的舒适程度,有不同的方法。运行参数研究是自动计算的一种常见方法。您只需让软件运行一组预定义的设计参数的重复模拟即可。从这种参数扫描产生的输出通常用于优化设计。

自动使用仿真的另一种方法是让建模者使用COMSOL多物理学中可用的应用程序构建器生成专用的仿真应用程序。创建的模拟应用程序具有自己的自定义用户界面,使更多的人可以轻松地使用仿真,而无需自己建模和仿真专家。可以通过使用COMSOL COMPILER™或使用Comsol Server™软件来创建独立的可执行文件,通过创建独立的可执行文件来部署应用程序。“您可以以任何合适的方式自由地分发这些应用程序,使用comsol®软件旋转自己的仿真程序,在引擎盖下由comsol Multiphysics提供支持,您可以将其传递给您的同事和同事,”总结说。”Boucher。

要了解有关模拟光学和光子学工具的更多信息,请浏览Comsol Product Suite:


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伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
2020年8月3日

亲爱的大家,

To come with a view, from the user’s side of COMSOL, particularly for Opto-electro-mechanics, I can only stress the _unique_ advantage you have with a tool that allows performing mechanics, thermal, ACDC, fluidics and optics, and far more, under the same environment, same approach, same methodology, and by (re)using the same (subset) of your model for the different analysis.

However, for many (older?) engineers (I’m 65 and a convinced COMSOL user used to traditional FEM programs, or traditional opto-geometry ray-tracing programs the COMSOL approach is “different” you need to restart your thinking a little, but once you understand the advantages, it’s just limitless, and “multi-physics” is finally really not that difficult, if you build your models systematically, starting simple, and adding complexity with time, and then optimise your design, still within the same tool.

在瑞士的CSEM SA,我们在那里使用Comsol已有近20年了,我们将其应用于先进的天体物理仪器,太空仪器,医疗仪器和无数数量的工业开发项目中。And I’m not regretting leaving out our older, traditional FEM and Optical Ray tracing programs, and now to use only one, combining all physics based on the same data, same methodology, and with the full freedom to post-process any variable, or user equations. And particularly to perform this in minutes to some hours, when previously we used weeks and months to obtain validates results.

我只能向您的下一个光学力学或全套停止分析强烈推荐此工具,这是世界上只有少数几家主要公司可以与一组工程师一起执行,而您通常可以运行它,甚至在笔记本电脑上。而且,如果您感到困惑,社区和Comsol的支持就可以帮助您通过模型。

玩得开心,
真挚地,
伊瓦

伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
2020年8月3日

亲爱的大家,

To come with a view, from the user’s side of COMSOL, particularly for Opto-electro-mechanics, I can only stress the _unique_ advantage you have with a tool that allows performing mechanics, thermal, ACDC, fluidics and optics, and far more, under the same environment, same approach, same methodology, and by (re)using the same (subset) of your model for the different analysis.

However, for many (older?) engineers (I’m 65 and a convinced COMSOL user used to traditional FEM programs, or traditional opto-geometry ray-tracing programs the COMSOL approach is “different” you need to restart your thinking a little, but once you understand the advantages, it’s just limitless, and “multi-physics” is finally really not that difficult, if you build your models systematically, starting simple, and adding complexity with time, and then optimise your design, still within the same tool.

在瑞士的CSEM SA,我们在那里使用Comsol已有近20年了,我们将其应用于先进的天体物理仪器,太空仪器,医疗仪器和无数数量的工业开发项目中。And I’m not regretting leaving out our older, traditional FEM and Optical Ray tracing programs, and now to use only one, combining all physics based on the same data, same methodology, and with the full freedom to post-process any variable, or user equations. And particularly to perform this in minutes to some hours, when previously we used weeks and months to obtain validates results.

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伊瓦

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