ansys激光功率模擬的案例
Ansys Zemax | 大功率激光系統的 STOP 分析（四）
系統選項：非序列模式設置
根據最小相對光線強度（Minimum Relative Ray Intensity）的默認設置，從 CAD 元件的膜層表面反射的光線在其功率降低至初始功率的0.1%（1e-3）以下時被終止。在我們對這個大功率激光器的分析中，即使功率閾值降低至初始功率相對較小的部分，每條光線所攜帶的能量仍然會導致系統加熱，必須予以考慮。為避免這個閾值所導致的能量損耗，我們將最小相對光線強度（Minimum Relative Ray Intensity）設置為1.0000E-007。
本階段操作的實例文件 ‘system_NSC_2022_Final.zar’ 可通過點擊原文鏈接下載。
光線追跡和取回吸收數據
在使用如下所示設置運行光線追跡后，吸收的通量數據將存儲在探測器中，并且可通過ZOS-API進行使用和取回。
任何物體作為探測器（‘Object is Detector’）的表面上輻照度都可以在實體（Shaded）模型中直觀地顯示。
而且體探測器內部的吸收通量可以在探測器查看器中進行查看。
ZOS-API 作為一種有助于自動化運行數據導出流程的強大工具。在下一部分中，我們將演示如何使用 ZOS-API 腳本來取回探測器上存儲的通量數據，并對輸出進行配置，以符合您 FEA 軟件的輸入要求。
示例中所需的數據格式
在 OpticStudio 中，不同類型的探測器能夠存儲不同類型的數據。下表總結了我們從 FEA 分析所使用的每種探測器中抽取的數據類型。
下方表格中總結了可從各種探測器中獲取并用于 FEA 分析的數據類型：
本例中使用的 FEA 軟件是 Ansys Mechanical，它可以將吸收通量數據作為外部熱源導入，以用于熱模擬。
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統的 STOP 分析（五）
大功率激光器廣泛用于各種領域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應，將導致在光學系統中由于激光能量吸收所產生的影響也顯而易見，大功率激光器系統帶來的激光能量加熱會降低此類光學系統的性能。為了確保焦距穩定性和激光光束的尺寸和質量，有必要對這種效應進行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應力和熱彈性效應造成的結構形變。本篇是這個系列的最后一篇內容。（聯系我們獲取文章附件）
使用 STAR 模塊分析 STOP 效應
在您的 FEA 軟件中完成結構與熱分析后，可將數據導出為一系列簡單的文本文件，以便利用 STAR 模塊導入到 OpticStudio 中。在這篇文章中，我們將演示如何執行完整的 OpticStudio 分析，以幫助您量化和了解系統光學性能的影響。有關所需 STAR 數據格式的完整詳細信息，請參閱 OpticStudio 幫助文件 STAR 選項卡> FEA 數據組>加載 FEA 數據章節。對于 Ansys Mechanical，有 ACT 擴展可用于以正確格式自動輸出數據。
在 OpticStudio 中加載和擬合 FEA 數據
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系統。我們將在 STAR 模塊上應用來自 FEA 工具的結構和熱數據，并評估其對名義光學系統性能的相關影響。
2 如果要加載 FEA 數據，我們點擊 STAR…FEA數據…加載FEA數據（STAR…FEA Data…Load FEA Data），瀏覽到對應數據文件位置，選擇全部相關文件，并點擊 打開（Open）。
展開 Ansys Zemax | 大功率激光系統的 STOP 分析1：如何使用 OpticStudio 優化光學設置
大功率激光器廣泛用于各種領域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應，將導致在光學系統中由于激光能量吸收所產生的影響也顯而易見，大功率激光器系統帶來的激光能量加熱會降低此類光學系統的性能。為了確保焦距穩定性和激光光束的尺寸和質量，有必要對這種效應進行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應力和熱彈性效應造成的結構變形。
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激光導致的熱效應
通常情況下，OpticStudio 將使用熱分析（Make Thermal）工具對熱效應進行建模。該工具可在不同溫度下設置系統的多重結構，以允許分析性能隨熱變化而引起的變化。但是，該熱分析工具有一定的局限性。首先，分析中假設在整個元件上指定的溫度是均勻的；其次，分析將僅基于材料的CTE，以線性方式模擬熱膨脹和熱收縮情況。這是一種非常簡化的方法，沒有考慮光學元件中的溫度梯度分布所導致的性能下降。此外，它也無法精確地仿真光學元件的形狀變形，相反結構變形將簡單地近似為由于加熱而導致的曲率半徑均勻平滑。
OpticStudio 的 STAR 模塊則可以完全解決這些局限性問題，它可提供一種將 FEA 分析數據結果直接集成到OpticStudio 中進行擬合的新功能，具有無與倫比的易用性和準確性。這有助于更全面地研究激光加熱效應引起的熱變形和結構變形所帶來的影響。
展開 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
大功率激光器廣泛用于各種領域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應，將導致在光學系統中由于激光能量吸收所產生的影響也顯而易見，大功率激光器系統帶來的激光能量加熱會降低此類光學系統的性能。為了確保焦距穩定性和激光光束的尺寸和質量，有必要對這種效應進行建模。
在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應力和熱彈性效應造成的結構變形。
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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。
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Ansys Zemax | 在OpticStudio中模擬高階激光光束
在這種條件下，應該使用高斯束腰選項來模擬光束模式。
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
本實例介紹在一個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設置，apdl程序為參數化建模，只需修改相應的數據，即可更換模型參數。
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，由寬度方向的中點進入，沿長度方向直線掃描一道，到另一邊中點結束
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現激光功率，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，環境溫度為室溫25攝氏度。
2. 材料的各項參數不是固定參數，而是隨溫度變化的參數。
激光參數：
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
展開 ansys激光熔覆溫度場模擬 ￥150
激光單道熔覆文件
Ansys Zemax 在OpticStudio中模擬高階激光光束
在這種條件下，應該使用高斯束腰選項來模擬光束模式。
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