STAR 模塊簡介

STAR 模塊介紹

什么是 STAR 模塊？STAR 模塊全稱是：Structural Thermal Analysis & Results

? 多學科種類分析集合

? Structural 結構分析

? Thermal 熱形變分析

? Optical 光學分析

? Performance 系統性能分析

應用情景：

? 極端環境應用的系統，如太空飛行器光學系統

? 應用環境變化劇烈的系統，如高能激光應用系統

? …

結合來自不同領域的專業知識，幫助您完成所需的分析

OpticStudio STAR 模塊

? STAR 模塊作為 OpticStudio 內全新的功能，可以將結構分析、熱分析以及系統性能模擬有效地整合在一起

? 通過在 OpticStudio 中載入、可視化和數據化擬合 FEA 分析得到的數據集，并且分析這些數據對于整體系統性能帶來的影響

? 全新 STAR-API 也允許用戶進行如同用戶界面完全一致的操作，幫助用戶自動化和自定義化地安排其工作流程：與此同時，STAR-API 也可以便捷地與 ZOS-API 直接進行數據交換，確保所有自動化分析流程均在同一環境下完成

如何使用 STAR 模塊

OpticStudio STAR 模塊用戶界面

? OpticStudio 中將引入全新的選項卡用于調用 STAR 模塊：

STAR 模塊中的 FEA 數據結構

? 可將任意 FEA 分析軟件得到的結構形變和熱型變數據導入至 STAR 模塊當中：

‐ 結構形變數據中將包含 6 類參數（制表符分隔），作用于單個表面：[X position Y position Z position dX dY dZ]

‐ 熱形變數據中將包含 4 類參數（制表符分隔），作用于整個物體：[X position Y position Z position T]

? 當 FEA 數據集被加載并分配到一個光學表面時，STAR 模塊將執行數據的數值匹配。所使用的擬合數據和設置將被保存在 .zst 文件中，用于分析系統光學性能結果。

? 所有用 STAR 模塊加載進入 OpticStudio 的文件將自動復制到Zemax > Objects > STOP Files目錄。

STAR 功能：載入 FEA 數據

? 應用至表面的 FEA 數據集將根據 FEA 數據格式類型進行自動分類，列表式呈現

? 圖像顯示區：實時顯示應用 FEA數據后光學表面對應情況

? 僅需一鍵點擊，即可載入、轉換和擬合 FEA 數據。也可隨時更改 FEA 文件，以查看不同的時間或場景下分析結果

? 數據載入過程：

1. 載入 FEA 數據集

2. 剛體運動計算 (Rigid Body Motion)

3. 獲取剛體運動計算結果

4. 執行數值擬合

5. 將數值數據應用至表面

STAR 功能：擬合評估

? 不同于使用 Zernike 多項式往往需要使用高階項系數進行形變擬合，全新的 STAR 模塊將使用以下數據擬合算法完成對表面的擬合：

‐ 將 2D 表面形變轉換為非均勻網格矢高數據

‐ 將 3D 溫度分布情況轉換為非均勻折射率分布數據

‐ 可以避免 Zernike 擬合精度不足導致的殘余誤差

? 控制每個 FEA 數據集與其關聯的表面的數值擬合設置，可視化 FEA 數據集與其數值擬合之間的差異

FEA 數據對系統性能產生的影響

? STAR 模塊可以使用所有的 OpticStudio 分析功能進行系統性能分析

? 簡單載入 FEA 數據后，即可使用 OpticStudio 中的工具觀察和分析這部分性能影響

? 系統及成像性能分析：表面矢高、點列圖、波前差、圖像模擬分析等

Zemax 集成化光學系統設計：高能激光系統示例

高能激光系統

? 在 OpticStudio 序列模式中設計和優化高能激光系統的光學部分

? 通過 OpticsBuilder將光學設計便捷地導入至 CAD 平臺中并進行光機械封裝和分析

? 結合 FEA 分析工具得到的具體熱形變和結構分析數據，通過 STAR 模塊展現系統的整體性能情況

? Zemax 軟件集合可以幫助您：

- 多種實用功能幫助您完成高斯光束傳播模擬

- 分析由于光學以及機械元件導致的能量吸收損耗

- 在設計和優化階段中，結合雜散光模擬和鬼像分析的唯一解決方案

- 可視化熱形變和結構分析性能影響

- 使用 ZOS-API 自動可視化系統性能瞬態效果

Zemax 集成化光學設計流程

高能激光系統 – 系統設計規格

? 該系統的設計規格要求如下：

‐ 光束直徑：18 mm

‐ 系統波長：1064 nm (YAG 激光)

‐ 設計目標：將系統光斑控制在艾里斑尺寸范圍內

‐ 使用反射鏡偏轉過后光路中的透鏡進行聚光

OpticStudio – 序列模式光學系統設計

? 通過定義最具挑戰性的光學系統性能指標，設計得到高性能光學系統

? 全面的激光光束建模以及模擬方案

? 提升光學設計可制造性

? 在設計過程中考慮加工和裝配中存在的誤差情況，確保設計的魯棒性

? 極大程度提升系統良率

? 在 OpticStudio 完成系統設計和性能確認之后，將整體系統作為 ZBD 文件進行打包，導入 OpticsBuilder 中

OpticStudio序列模式光學系統設計流程

OpticsBuilder – CAD 平臺光機械整體分析

? 光學設計與光機械封裝的快速交互

‐ 將所有光學信息無縫鏈接至 CAD平臺中進行機械封裝設計和整體分析

‐ 縮短產品上市的時間

? 實時動態可視化光機械設計將對光學系統性能造成的影響

‐ 對產品設計進行智能迭代，避免未來實際封裝中可能遇到的問題

? 將完成后的光機械設計整體傳遞至FEA 工具中進行全面有限元分析

? 或者將系統導出至OpticStudio 中執行后續高階分析

OpticsBuilder設計流程

OpticsBuilder文件轉換

OpticsBuilder光機械系 統設計

OpticStudio – 非序列模式高階分析

? 將整體光機械系統從OpticsBuilder 中無縫導入至 OpticStudio 非序列模式

? 使用真實系統屬性，計算激光光束通過系統之后的能量吸 收損耗情況

? ZOS-API 可以幫助您自動將這些數據捕捉并導出為 FEA 工具可識別的格式

‐ 無需手動操作文件

‐ 節省時間并減少錯誤

‐ 縮短產品上市的時間

? 創建 Python 樣本代碼

‐ 通過 ZOS-API 編程，將這部分能量吸收的數據以 FEA 分析軟件可識別的形式導出

FEA 數據分析

? 使用 OpticStudio 的非序列模式得到的數據，用 FEA 軟件分析得到熱形變和結構變形情況

? 將這部分數據作為表示熱形變和結構變形的文本數據文件輸出，可以在 OpticStudio STAR 模塊中進行讀取和擬合

STAR 模塊的數據導入

? 直接精確地將熱形變、結構分析和數值模擬的 FEA 結果導入至 OpticStudio 中

? OpticStudio 中的對應工具將直接結合這些數據得出系統性能影響結果

‐ 深度分析結果將帶來更佳的設計決策

‐ 在早期設計周期中便可發現潛在錯誤

? 使用 STAR-API 自動導入數據和進行分析

‐ 加速重復性任務（結合多組 FEA數據集分析）

‐ 減少人為操作引入的誤差

OpticStudio STAR 模塊分析結果

表面矢高分析

波前差分析

如何觀察 FEA 數據帶來的性能影響

? STAR 模塊可以使用所有的 OpticStudio 分析功能進行系統性能分析

? 簡單載入 FEA 數據后，即可使用 OpticStudio 中的工具觀察和分析這部分性能影響

? 成像性能分析：點列圖、波前差、圖像模擬等

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