光電子設計分析的案例
基于Rsoft的Beamprop模塊進行光電子自聚焦透鏡設計
摘要
本文目的：設計一個自聚焦棒，觀察其仿真結果，并對耦合效率進行仿真，得到相應的結果。
首先是新創建一個設計文件。在本次仿真中做了如下設置。如圖1所示。
圖1 創建新設計
在這一步中，設置光波長為1.55um，外界折射率為1.6。波導寬度為100。接著繪制波導模擬自聚焦棒。
圖2 自聚焦棒模擬圖
界面中的紅色部分即是在軟件中模擬的自聚焦棒，即繪制一段波導來模擬。對于自聚焦棒而言，折射率滿足類拋物線的規律，即從兩邊向中間逐漸增大。在Beamprop中可以設置其折射率模式Profile Type為Gaussian。滿足自聚焦棒的折射率變化規律。設置方法如下所示。
圖3 波導折射率設置
右鍵點擊界面中的波導即可出現如圖2的屬性界面。將左起第二項Profile Type在下拉菜單中改為Gaussian。接下來的步驟是設置監控電源，在EDIT PATHWAY中設置，如圖4所示。
圖4 監控電源設置
接下來就可以進行自聚焦棒的仿真，運行Perform Simulation，選擇不同的演示模式（Display Mode）可以觀測到自聚焦棒在光信息傳播中的狀態。
圖5 波導折射率狀態
圖6 光在波導中傳播路徑仿真
圖5仿真是的波導中折射率的分布圖，為高斯函數的3D模擬圖形。圖3.7顯示的是自聚焦棒中的光線傳播路徑，可以看到光線由平行入射到最后聚于一點，符合自聚焦棒的特性。
在介質中另模擬一段折射率均勻的波導，用于跟自聚焦棒進行耦合。波導位置圖形如圖7所示。
圖7 波導間耦合
圖中1為接收波導，2為發射波導。第一種情況中設置2為自聚焦透鏡。
當透鏡棒長度為L/4時，那么入射光為平行光時，出射光會聚，此時入射到下一級的光能量損失最小，達到耦合最佳狀態。
展開 光電子技術的發展及態勢分析
光機電一體化是一門跨學科的邊緣科學，它是激光技術、微電子技術、計算機技術、信息技術與機械技術結合而成的綜合性高技術。 其各個組成部分如機械技術、微電子技術、自動控制技術、信息技術、傳感技術、電力電子技術、接口技術、模擬量與數字量交換技術以及軟件技術等在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就需要取長補短，不斷向理想化方向發展。 光機電一體化是一個總的技術指導思想，它不僅體現在一些機電一體化的單機產品之中， 而且貫穿于工程系統設計之中。從簡單的單臺光機電一體化產品，到現代工業中的柔性加工系統；從簡單的單參數顯示，到復雜的多參數、多級控制；從機械零部件連續自動熱處理生產線，到各種現代高速重型機械自動化生產線等，光機電一體化技術都有不同層次、覆蓋面很廣的應用領域。對于工程系統，需成套地進行開發和制造。對于光機電一體化單機產品(設備)，應采用簡繁并舉、高低級并存的多層次發展途徑。可發展功能附加型的低級產品；也可發展功能替代型的中級產品；還可發展機電融合型的高級產品，成為前所未有的新一代產品。
開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益，從而造福于人民，有利于國家。光電子學發展
一些國家把大量資金投入光子學和光子技術的研究和開發，許多以光子學命名的研究中心、實驗室和公司如雨后春筍般地建立起來。可以毫不夸張地說，一個國家對光子學的投資以及在這一領域從事研究工作的人數直接反映著這個國家科學技術發展的水平。國際知名的科學家已經預言：光子時代已經到來，光子技術將引起一場超過電子技術的產業革命，將給工業和社會帶來比電子技術更大的沖擊。光電子技術和產業在國家經濟建設和科學持續發展中的作用。
展開 壓縮態光 | RP 系列激光分析設計軟件
壓縮光的產生
壓縮光通常是利用某些光學非線性相互作用從相干態或真空態的光產生的。例如，具有真空輸入的光學參量放大器可以產生壓縮真空，從而使一個正交分量的噪聲降低 10 dB 量級。在某些情況下，可以通過倍頻來獲得明亮的振幅壓縮光中較低程度的壓縮。光纖中的克爾非線性也產生振幅壓縮光。當半導體激光器使用穩定的泵浦電流運行時，可以產生振幅壓縮的光。擠壓也可能由原子-光相互作用引起。
另一種可能性是使用光量子擠壓器[ 22 , 28 ]。這里，與強度噪聲相關的輻射壓力的波動調制光諧振器中的光的路徑長度，從而引起幅度和相位噪聲之間的相關性。
應用領域
原則上，壓縮光可用于許多領域，因為它允許在減少量子噪聲的情況下進行測量。一個例子是使用大型干涉儀探測引力波的超精確長度測量。特別是，先進的 LIGO Hanford 設置配備了該技術，在 2015 年首次探測成功之前，該技術大大提高了測量靈敏度[23]?[26]。
到目前為止，壓縮光的使用還不是很廣泛，主要是因為它受到各種困難的困擾。例如，任何光學損耗都會使光的壓縮狀態更接近相干狀態，即傾向于破壞非經典特性。然而，至少在基礎量子光學研究中，光的壓縮態發揮著重要作用
展開 分光光度計 | RP 系列激光分析設計軟件
即使使用雙光束分光光度計（或雙光束儀器），有時也可能需要進行校準掃描，將樣品替換為參考樣品。只有這樣，才能確保測量不受設置中任何不對稱性的影響，例如灰塵、污垢或錯位造成的影響。
為了進行精確測量，被調查對象的特性當然應該在掃描所需的時間內保持近似恒定。例如，存在的一個問題是在監測以相當快的速度發生的化學反應。
非掃描分光光度計
非掃描分光光度計的基本原理是用寬帶光照射物體，并在光電探測器側進行光譜分析。這樣，就可以同時測量所有相關波長的特性，并且假設光譜分析不需要太多時間，測量速度可以相應加快。
用于分析來自物體的光的光譜儀可能是通常的切尼爾—特納類型。這種方法在分析透射光或反射光時非常合適，其中分析的光可以很容易地被引導到光譜儀的輸入狹縫，但對于在很寬方向上散射的光則不那么合適，特別是當散射效率也取決于波長時。
光譜分析也可以使用傅里葉變換光譜儀進行;這種技術通常用于紅外光譜區域的測量，然后稱為傅里葉變換紅外光譜 （FTIR）。有關測量原理的更多信息，請參閱有關白光干涉儀的文章。
就掃描分光光度計而言，必須考慮與波長相關的光源強度（非平行光光譜）。通常，人們只比較有樣品和沒有樣品的測量結果，或者比較樣品和參考樣品的測量結果。還有一些儀器包含兩個光譜儀，一個用于樣品光，一個用于參考光束。
固定波長分光光度計
也有分光光度計，它只測量有限數量的固定波長，這些波長是為特定的應用而設定的。
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Ansys Zemax | 大功率激光系統的STOP分析2：如何進行光機械設計準備
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光機械設計準備
光學設計完成后，下一階段就是為光學元件創建機械封裝。除了提供光學系統的保護和布局安裝外，透鏡和反射面的安裝設計還將引入機械導入光源。此外，這些機械元件還可以作為散熱器，為光學元件散熱。我們將在稍后的過程中探討這兩個問題，但現在我們將專注于光機械設計。OpticStudio 和 OpticsBuilder 之間的交互可大幅簡化這一過程。Prepare for OpticsBuilder 工具能導出光學系統，且導出格式方便光機工程師直接在他們的 CAD 工具中打開系統，其中包含創建光機系統所需的所有信息。
光機械系統整體創建完成后，整個設計便可以輕松導出到 OpticStudio 非序列模式。OpticStudio 非序列模式能夠將每個物體視為探測器，以計算系統中每個光學器件和機械表面上的吸收通量。額外的探測器可以記錄鏡頭體內的吸收通量。當激光以光束的形式在系統中傳播，我們可以記錄它們與元件的每一次相互作用。
通過利用 ZOS-API 的強大功能，此階段可以使用腳本自動檢索存儲在探測器上的通量數據，并為滿足FEA軟件包的輸入要求而配置輸出。此外，系統幾何結構也將作為 CAD 元件導出到 FEA 工具中。
這個過程包括 4 個階段：
將序列模式系統轉換為非序列模式，同時為光機設計做準備。
將非序列模式系統導出到 OpticsBuilder for Creo 或其他 CAD 平臺，以添加鏡頭底座、外殼和其他機械組件。
展開 Ansys電子設計解決方案 | 各應用分析案例篇
物聯網、可穿戴解決方案
使用Ansys統一環境，工程師可以高速、高效地分析物聯網環境中各種電磁場、熱、結構等問題。
天線設計
不僅可以單獨分析天線，而且還能對已安裝天線的狀態、以及兩個以上的天線進行分析，由此，可以確定實際通信狀態下的收發特性、并對天線產生的電磁場現象進行可視化。
無線電系統/RF電路
EMC解決方案
在分析EMC相關的問題時，不僅需要分析噪聲源的信號波形，還要對傳導信號的導體和空間進行分析。簡言之，EMC分析不是一種簡單的分析，但是，Ansys電子產品可提供集成型仿真環境，將系統電路仿真信號時域波形和電磁場仿真無縫連接，實現場路協同，從而高效地構建虛擬的EMI、EMS測試。
傳導噪聲
在電力電子產品的設計研發中，隨著開關設備的高頻化、小型化、低損耗和效率要求日益嚴苛，噪聲管理已成為一大問題。此外，SiC（碳化硅）和 GaN（氮化鎵）等已開始應用于設備中。此外，企業還需滿足各 EMC 標準（IEC、CISPR、FCC、VCCI 等）的要求。
在這種情況下，虛擬 EMC 設計的仿真非常關鍵。
Ansys 傳導噪聲解決方案，針對開關噪聲 / 開關元件特性、布線 / 襯底寄生效應、負載模型等三大傳導噪聲因素，它可以通過 Ansys 獨特的電路建模技術，利用特征提取工具實現半導體元件建模，并提取電路圖中不顯示的寄生參數（LCR），同時通過電磁場分析實現設備的精密建模。
通過仿真，工程師可以分析電氣噪聲的產生機制、傳導機制，并確定噪聲源和找出解決方法。
展開 eVTOL總體設計關鍵技術、電子/電氣系統重要性及技術發展趨勢分析詳解
設計組件網絡需要考慮eVTOL的形狀、尺寸、重量和功率要求。從充電開始，熱管理就很重要，因為想快速充電就意味著更多的熱量。如果電池變熱，它們的安全性就會受到影響。電氣火災與化石燃料火災有很大不同，燃燒得很快，也很難熄滅。此外，配電系統需要考慮不同的電力系統的隔離、電纜的標識和保護、輕量化等問題。TE在許多不同的市場運營，可以利用這種多樣化的經驗來制造更好的eVTOL系統。
4. 優化eVTOL的巡航性能：考慮電系統熱限制對傾轉翼eVTOL巡航性能的影響，可以幫助減少事故的發生，還可以降低運營商的運營成本。通過建立傾轉翼eVTOL巡航仿真模型，以飛機巡航速度作為控制變量，以巡航時間和電能消耗作為目標函數，結合實際飛行條件設定不同權重，基于改進粒子群算法進行優化求解，可以得出性能參數并對比分析，對減少飛機巡航時間和降低電能消耗均有良好的優化效果。
02 關鍵技術分析
（一）總體設計能力
現代飛行器的總體設計是eVTOL主機廠核心競爭力的重要來源。在eVTOL方興未艾的當下，其總體設計需要更深入地耦合氣動、控制、結構、動力、操穩等專業，尤其是對于傾轉翼、傾轉旋翼等飛行器氣動布局和推進系統的綜合優化。在模態轉換過程中，eVTOL的重心、氣動力/力矩、機身結構載荷、控制策略、功率需求均有顯著變化，需配合準確全面的數學模型和實體樣機完成設計迭代。
總體設計能力不僅影響樣機到產品的性能，還會影響研制成本和生命周期成本。在保證足夠安全性的前提下，降低購買、耗電、維修、保險、機庫等成本的能力，是eVTOL主機廠競爭力的重要來源。例如，維護成本方面，減少頻繁檢查、更換的部件，可降低維護占用的時間、人力和航材成本。最理想的情況是絕大多數部件在較長的運行周期內免維護，且關鍵故障能夠自診斷、隔離甚至恢復。
展開 ANSYS收購電子自動化設計分析領導者DfR Solutions公司
本次收購有助于客戶獲得優異的電子可靠性技術
2019年5月1日，工程仿真軟件全球領導者及創新者ANSYS宣布，其已收購業界唯一自動化設計可靠性分析軟件Sherlock開發商 DfR Solutions的幾乎全部資產。ANSYS的綜合多物理場解決方案與Sherlock的精確可靠性分析相結合，將提供一個完整的設計師級套件，幫助客戶在設計周期的早期快速便捷分析電子故障，從而可在開發過程中為用戶節省時間和資金。
隨著自動駕駛、電氣化和物聯網的加速發展，各公司面臨著開發突破性產品的持續壓力，這不僅提高了設計復雜性，而且還加大了確保電子組件及系統可靠性的難度。Sherlock為客戶提供了一個全承包解決方案，可從ECAD無縫導入并利用嵌入式部件庫幫助工程師快速創建和分析電子裝配的3D模型。而后，工程師可以使他們的產品承受多種環境應力，包括溫度和功率循環、諧波振動、機械沖擊和彎曲，以幫助確保產品的可制造性，并最大限度延長產品使用壽命。
DfR Solutions總部位于馬里蘭州貝爾茨維爾市，客戶遍及各種依靠Sherlock應對其產品挑戰的電子技術市場及行業，包括航空電子和航空航天、汽車、消費類電子、工業、醫療、國防與電信等。
ANSYS副總裁兼總經理Shane Emswiler表示：“隨著電子產品在幾乎每個行業的普及，電子產品的可靠性已成為一項重要的挑戰，各公司必須在設計周期的早期階段進行可靠性分析。本次收購將幫助客戶在設計周期的早期階段推進電子產品可靠性分析，不僅可大量節省測試成本，而且還可加速產品設計。”
DfR Solutions首席執行官Craig Hillman表示：“我們非常高興能成為ANSYS家族的一份子。
展開 『分享』FLOMERICS IAE ThermaL電子產品熱設計集成分析環境(IAE)-59M
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CFD入門基礎簡介
ICEPAK軟件功能簡介
■ICEPAK軟件介紹（熟悉軟件操作界面）
模型建立
網格劃分
邊界條件
求解設定
后處理（ICEPAK后處理及CFD-POST后處理）
■PCB板熱仿真分析案例（結合軟件demo）
案例介紹
Demo演示
第二天
■機箱散熱仿真分析案例（結合軟件demo）
案例介紹
Demo演示
■ICEPAK參數化案例分析
ICEPAK參數化分析
Workbench參數化分析
■LED案例仿真分析
復雜外部模型的導入
網格如何細化設置
■答疑
培訓講師： ANSYS認證工程師
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