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【Ansys線上直播回看】“聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進(jìn)行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器
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本次網(wǎng)絡(luò)研討會中展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個(gè)激光器件。重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計(jì)算光的傳播與增益特性。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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展開 報(bào)名 | “聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進(jìn)行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器仿真
在本次網(wǎng)絡(luò)研討會中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個(gè)激光器件。研討會將重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計(jì)算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒?yàn)量測的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進(jìn)行增益與激光器設(shè)計(jì)。無論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計(jì)人員，本次研討會都將幫助您學(xué)習(xí)如何進(jìn)行激光器的設(shè)計(jì)。歡迎報(bào)名！
展開 報(bào)名 | “聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進(jìn)行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器仿真
在本次網(wǎng)絡(luò)研討會中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個(gè)激光器件。研討會將重點(diǎn)介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計(jì)算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒?yàn)量測的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進(jìn)行增益與激光器設(shè)計(jì)。無論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計(jì)人員，本次研討會都將幫助您學(xué)習(xí)如何進(jìn)行激光器的設(shè)計(jì)。歡迎報(bào)名！
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統(tǒng)的 STOP 分析（四）
大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當(dāng)中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來的激光能量加熱會降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對這種效應(yīng)進(jìn)行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應(yīng)進(jìn)行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機(jī)械應(yīng)力和熱彈性效應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)變形。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
FEA 分析準(zhǔn)備
在本文中，我們將在 OpticStudio 中打開完整的光機(jī)系統(tǒng)，準(zhǔn)備記錄光束穿過鏡頭和反射鏡時(shí)被吸收的激光功率。隨后，我們使用可以導(dǎo)入到FEA軟件的格式來導(dǎo)出此數(shù)據(jù)。打開附件中的 ‘system_NSC_2022.zar’ 文件。
體探測器物體
與 2D 探測器物體（例如矩形探測器、表面探測器、顏色探測器等）不同，體探測器為 3D 物體形式的探測器，探測器將通過像元（體積形式的像素）記錄對應(yīng)的吸收通量、入射通量以及體吸收通量。為了獲得鏡頭中對應(yīng)的吸收通量數(shù)據(jù)，我們將在系統(tǒng)中使用體探測器物體。
當(dāng)使用體探測器時(shí)，我們可以充分利用非序列模式中的嵌套規(guī)則，計(jì)算鏡頭等物體內(nèi)部吸收的通量。如果兩個(gè)非序列模式物體在空間里重疊，則重疊區(qū)域中的光線行為由嵌套規(guī)則進(jìn)行確定。嵌套規(guī)則規(guī)定：如果光線在空間里的同一位置上照射到一個(gè)以上的物體，NSC 編輯器中列出的最后一個(gè)物體將用于確定該位置上用于與光線相互作用的表面屬性或體屬性。
添加體探測器物體
為了獲得鏡頭吸收的通量，我們將為每個(gè)元件添加一個(gè)體探測器物體。根據(jù)嵌套規(guī)則，在 NSCE 的每個(gè)鏡頭前面插入一個(gè)略大于相應(yīng)鏡頭元件的體探測器。
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Ansys Zemax | 大功率激光系統(tǒng)的 STOP 分析（五）
大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當(dāng)中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來的激光能量加熱會降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對這種效應(yīng)進(jìn)行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應(yīng)進(jìn)行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機(jī)械應(yīng)力和熱彈性效應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)形變。本篇是這個(gè)系列的最后一篇內(nèi)容。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
使用 STAR 模塊分析 STOP 效應(yīng)
在您的 FEA 軟件中完成結(jié)構(gòu)與熱分析后，可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為一系列簡單的文本文件，以便利用 STAR 模塊導(dǎo)入到 OpticStudio 中。在這篇文章中，我們將演示如何執(zhí)行完整的 OpticStudio 分析，以幫助您量化和了解系統(tǒng)光學(xué)性能的影響。有關(guān)所需 STAR 數(shù)據(jù)格式的完整詳細(xì)信息，請參閱 OpticStudio 幫助文件 STAR 選項(xiàng)卡> FEA 數(shù)據(jù)組>加載 FEA 數(shù)據(jù)章節(jié)。對于 Ansys Mechanical，有 ACT 擴(kuò)展可用于以正確格式自動輸出數(shù)據(jù)。
在 OpticStudio 中加載和擬合 FEA 數(shù)據(jù)
1 首先，我們打開文章下載附件中的 ‘Lens-3P_D25.4_2022.zar’ 文件，這是系列文章第一篇中介紹的原始序列模式光學(xué)系統(tǒng)。我們將在 STAR 模塊上應(yīng)用來自 FEA 工具的結(jié)構(gòu)和熱數(shù)據(jù)，并評估其對名義光學(xué)系統(tǒng)性能的相關(guān)影響。
2 如果要加載 FEA 數(shù)據(jù)，我們點(diǎn)擊 STAR…FEA數(shù)據(jù)…加載FEA數(shù)據(jù)（STAR…FEA Data…Load FEA Data），瀏覽到對應(yīng)數(shù)據(jù)文件位置，選擇全部相關(guān)文件，并點(diǎn)擊 打開（Open）。
展開 Ansys apdl多激光模型建立
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Ansys Zemax | 在OpticStudio中模擬高階激光光束
概要
本文描述了OpticStudio中可用于描述高階激光束的模型。一旦定義，這樣的光束可以在OpticStudio中使用物理光學(xué)傳播設(shè)計(jì)的任何光學(xué)系統(tǒng)中傳播。由矩形、圓形和橢圓形增益孔徑的激光腔產(chǎn)生的光束可以用可用的Hermite-Gaussian, Laguerre-Gaussian和Ince-Gaussian光束模型來描述。
簡介
一般來說，激光的輸出可以通過求解傍軸波動方程得到。這個(gè)方程最常見的解是理想單模高斯光束。其它正交解集的存在依賴于給定系統(tǒng)的對稱性。1 它們可以用來模擬高階光束模式。
OpticStudio提供了建模三個(gè)其他解決方案的選項(xiàng)。所選擇的解將描述光束的初始電場分布，然后使用物理光學(xué)傳播(POP)對光束的后續(xù)傳播進(jìn)行建模。
Hermite-Gaussian模型
對于矩形對稱的激光諧振腔，即矩形增益孔徑的激光諧振器，用Hermite-Gaussian模型給出了傍軸波動方程的合適解。這些模式的電場分布可以用Hermite多項(xiàng)式表示。這種模式可以在OpticStudio中使用POP設(shè)置對話框中內(nèi)置的“高斯束腰”光束定義建模:
這種模式的基本輸入是束腰在X和Y上的寬度和在X和Y上的階數(shù)。以上設(shè)置演示如何模擬在X和Y方向上具有相同束腰寬度的(0,0)模式,對應(yīng)于一個(gè)單模高斯光束。然而，輸入光束也可以是在X和Y上不對稱的高階Hermite-Gaussian光束，例如:
Hermite-Gaussian模型通常被稱為TEMm,n模，其中m是光束在X中的階數(shù)，n是光束在Y中的階數(shù)。同樣，高斯光束是TEM00模光束。
關(guān)于“高斯束腰”光束定義的輸入?yún)?shù)的進(jìn)一步描述可以在幫助系統(tǒng)中“關(guān)于物理光學(xué)傳播”一節(jié)中找到。
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激光單道熔覆文件
Ansys Zemax | 使用 OpticStudio 進(jìn)行閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)建模（中）
在消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，工程師可利用激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)眾多功能，如面部識別和3D映射等。盡管激光雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛而且截然不同，但是 “閃光激光雷達(dá)” 解決方案通常都適用于在使用固態(tài)光學(xué)元件的目標(biāo)場景中生成可檢測的點(diǎn)陣列。憑借具有針對小型封裝結(jié)構(gòu)但可獲取三維空間數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)在智能手機(jī)和筆記本電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中日益普及。在這個(gè)系列的文章中，我們將探討如何使用 Ansys Zemax OpticStudio 對此類系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括從序列初始設(shè)計(jì)到集成機(jī)械外殼的整個(gè)流程。
該文章為閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)建模系列文章的第二篇。（點(diǎn)擊查看第一篇）
下載
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簡介
激光雷達(dá)系統(tǒng)在工業(yè)界中有著多種場景下的應(yīng)用，對應(yīng)于不同種類的激光雷達(dá)系統(tǒng)（比如用于掃描元件或確定視野的系統(tǒng)等），本示例將主要探索如何使用衍射光學(xué)元件來復(fù)制光源陣列在目標(biāo)場景中的投影。成像透鏡系統(tǒng)隨后可觀察到投影的光源陣列，以獲取投射光線的飛行時(shí)間信息，進(jìn)而生成投影點(diǎn)的深度信息。
在本文中，我們將介紹如何將上篇的序列模式起始結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并向非序列模型中添加更多細(xì)節(jié)。我們還將應(yīng)用 ZOS-API 在閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)中生成一些時(shí)間飛行結(jié)果。
初始轉(zhuǎn)換至非序列模式
為了觀察這兩個(gè)模塊結(jié)合成為整個(gè)系統(tǒng)將如何工作，我們可以在每個(gè)系統(tǒng)中使用 “轉(zhuǎn)換至非序列模式組” 工具（可以在 文件選項(xiàng)卡…轉(zhuǎn)換至非序列模式組 中找到）來生成照明和成像子系統(tǒng)的非序列模型。
展開 Ansys Zemax | 使用OpticStudio進(jìn)行閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)建模（下）
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Ansys Zemax | HUD 設(shè)計(jì)實(shí)例
Ansys Lumerical | 針對 Grating coupler 的仿真分析方法
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結(jié)論
在這篇文章中，我們介紹了閃光激光雷達(dá)系統(tǒng)如何運(yùn)行的背景，并將系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分通過序列模式系統(tǒng)進(jìn)行建模。在為激光雷達(dá)發(fā)射器的衍射元件進(jìn)行建模時(shí)，我們采用了一階方法，以生成不同的投影級次，并評估和避免光源投影中存在任何潛在的重疊。此外，我們還討論并驗(yàn)證了成像模塊是否具有我們所需的充足性能。
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第27期線下培訓(xùn)公告 | Ansys Zemax 激光光纖耦合
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Ansys Zemax 在OpticStudio中模擬高階激光光束
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干貨 | ANSYS激光焊接過程熱應(yīng)力仿真應(yīng)用
激光焊接具有功率密度高、熱影響區(qū)和熱變形小、焊縫深寬比大、焊接質(zhì)量高等許多優(yōu)點(diǎn)，此外，激光焊接還具有加工區(qū)域細(xì)小、能量密度高、熱源易控制、熱影響區(qū)窄等特點(diǎn)。因此，激光焊接是鋼/鋁異種金屬的理想焊接方法。
利用Ansys Workbench仿真平臺可直接對焊接過程進(jìn)行熱固耦合數(shù)值求解，進(jìn)而得到給定工藝參數(shù)條件下的溫度場和應(yīng)力場分布。示意簡單模型如下：
幾何模型
仿真過程中，對于模型三個(gè)部件，采用掃描方法劃分六面體網(wǎng)格，板材厚度方向上，定義三層網(wǎng)格以捕捉彎曲變形效果；材料選用普通結(jié)構(gòu)鋼。
網(wǎng)格模型
1.激光焊過程瞬態(tài)熱分析
為了仿真激光焊接過程產(chǎn)生的熱場分布，必須建立精確地?zé)嵩础τ谶@種移動熱源施加問題，可以借助ANSYS軟件的ACT工具“Moving_Heat_Flux”實(shí)現(xiàn)高斯熱源載荷設(shè)置：移動熱流率或移動熱能量兩種方式。
移動熱流率源載荷：
熱動熱能量源載荷：
本案例中，采用移動熱流率載荷，熱源移動速度為5 mm/s，從初始時(shí)刻起，作用總時(shí)間44 s，激光能流量強(qiáng)度為7.5 w/mm2，作用區(qū)域半徑5 mm。結(jié)構(gòu)外表面設(shè)置對流換熱條件，環(huán)境溫度22度。
展開 ANSYS高斯脈沖激光光源溫度場模擬APDL ￥100
以下為中間過程中的溫度場
本實(shí)例介紹在一個(gè)高斯脈沖激光光源溫度場的模擬，包含了脈沖激光的apdl程序，高斯光源的APDL程序，以及隨溫度變化的材料參數(shù)設(shè)置，apdl程序?yàn)閰?shù)化建模，只需修改相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可更換模型參數(shù)。
下層基板：長1000微米，寬300微米，高300微米;上層板材：長1000微米，寬300微米，厚30微米。
激光照射上層板材，由寬度方向的中點(diǎn)進(jìn)入，沿長度方向直線掃描一道，到另一邊中點(diǎn)結(jié)束
激光為普通高斯光源，形式為脈沖激光，如圖3，其中激光頻率=1/TCycle, 占空比=TPulse/TCycle
在模擬的過程中要實(shí)現(xiàn)激光功率，掃描速度，激光頻率和占空比的可變。求得上層板材中心位置溫度隨時(shí)間的變化曲線
1. 溫度場只考慮傳熱，不考慮對流以及輻射，環(huán)境溫度為室溫25攝氏度。
2. 材料的各項(xiàng)參數(shù)不是固定參數(shù)，而是隨溫度變化的參數(shù)。
激光參數(shù)：
光斑直徑：100微米
激光功率：200W
掃描速率v=800mm/s
占空比ra=0.5
激光頻率f=20000Hz
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