ansys空間電場
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
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本文是系列文章的第一部分，介紹了OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具，該工具能夠在自由空間中模擬電場的傳播。文中還引入了Beam File Viewer功能，它可用于檢查每個表面上光束的相位和強度。
介紹
物理光學傳播 （POP） 工具是 OpticStudio 中唯一需要動手指導才能獲得正確結果的工具之一。原因在于它采用標量衍射理論在空間中模擬電場的傳播，從而對菲涅耳傳播過程非常敏感。這個過程必須在實現高光束分辨率與捕獲所有空間頻率的寬網格寬度之間取得平衡。因此，用戶每次都必須徹底檢查 POP 運行的設置和結果。
本系列將介紹使用 POP 設置和評估簡單系統的正確方法。在本文中，我們將討論示例系統并研究評估 POP 結果的方法。
物理光學傳播幫助文件
因此，在閱讀這一系列文章之前，請先閱讀OpticStudio提供的資料（幫助手冊）中有關物理光學傳播的內容。
如下圖所示，可以在Help菜單欄中找到"Help System"按鈕，直接搜索“POP”，或者從目錄中選擇“The Analyze Tab \ Laser and Fibers Group \ About Physical Optics Propagation”。
示例鏡頭文件
本文的范例結構如下圖所示：該系統由兩片非球面單透鏡構成。第一片透鏡準直光束，第二片透鏡聚焦光束。其中：兩片透鏡都使用了r4非球面系數來校正球差。
注意：在光束的準直部分有一個小的中央遮擋，系統的波長設置為 1 um。
假設系統光源為光纖提供的高斯光束。
設置系統Aperture Type為Object Space NA，Aperture Value為0.05。
展開 存儲這種規模的像素陣列需要4.3 GB的RAM空間。</span></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(63, 63, 63);">對于一般電腦而言，要計算如此大量的像素對幾乎是不可能完成的任務，即便能夠計算，也需要耗費極長的時間。因此，采用物理光學傳播（POP）方法來查看相位分布顯然是不切實際的。</span></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(63, 63, 63);">對于大多數大孔徑系統，通常情況下，基于光線的光纖耦合算法（Ray-based Fiber Coupling）更為適用，物理光學傳播分析并非必要。對于絕大多數光纖耦合系統，透鏡邊緣所產生的衍射效應并不顯著。在此類情況下，建議使用基于光線的光纖耦合算法。</span></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/ssJ36PiaQIGl0p9GbqasmvalIO8k8Rr2Wcsr4BGAGtibIK2be1FKpH6MAIMMq0UVErs4mxDnhaqodTDI5niaClaQg/640?
展開 轉換前空間中的網格寬度決定了轉換后空間的像素尺寸大小，較寬的網格可以使轉換后的面解析度更高。
為了提高第2面至第4面上的解析度，我們將起始網格寬度從0.1mm調整為了0.4mm。
執行一次POP之后，在光束查看器中放大面1上的光束部分，首先檢查起始光束的取樣數是否足夠。隨后在圖中可以看出雖然網格寬度放大到0.4mm，但是光束取樣仍然是足夠的。
此時，在面4之后，網格尺寸變成比較合理的寬度126mm。放大后可以看出光束取樣狀況比之前有了明顯的改善。
調整準直空間的采樣
在面9處，我們放置了一個圓形的遮擋區域，從圖中的光束查看器中可以看到網格寬度沒有改變。但是圓形遮擋區域出現了不平滑的鋸齒狀。這些X與Y方向的像素格造成的銳利鋸齒狀的邊緣缺陷，會在后續的傳播中越來越嚴重。
從系統的3D Layout中，可以看出光束從面3（第一個透鏡前表面）到面9（遮擋面）傳播距離不長并且光束大小也改變不大。因此，如果在系統中調整面3的取樣數，這一改變將會對后續幾個準直空間中的面產生相應的影響。
打開3上的光束文件，可以看到網格寬度為120mm。隨后在面屬性（Surface Properties）對話框中的Physical Optics區域中選擇要重新取樣這個光束，并且設定網格寬度為30mm，這樣可以將后續傳播面上的光束像素提高4倍。
再次執行POP后，可以看到面3的網格寬度如同預期是30mm，將面9上的光束放大后可以看到中心遮擋區域的解析度有了很大的提升，像素造成的鋸齒邊緣缺陷也有了明顯的改善。
采樣不足的圖像
在做了前面兩個改動之后，可以看出直到面13（第二篇透鏡的后表面）為止，取樣率都是沒問題的，但是在像表面上的取樣率還是比較差。
展開 在聚合物微納米結構制造方法中，空間調制電場誘導聚合物流變成形技術由于在材料普適性、結構均勻性等方面的獨特優勢，獲得了學術界的關注。“空間調制電場誘導聚合物流變成形”工藝采用結構化導電模板與涂覆有聚合物薄膜的導電襯底作為對電極，形成誘導模板/空氣/聚合物/導電襯底的多層結構。電極對之間施加電壓后，因模板結構的調制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調制電場”產生的 Maxwell 應力張量驅動聚合物朝向誘導模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結構。
數值模擬：針對目前線性穩定分析方法在空間調制電場誘導聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應，建立了基于電流體動力學的兩相流動力學模型，并從力學分析角度出發研究了聚合物在空間調制電場作用下的流動成形機理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關系，深入理解空間調制電場誘導聚合物流變成形的本質原因。
兩相流動力學模型 ：由于聚合物復形過程中誘導模板與導電襯底的固定性，聚合物誘導流變過程的動態演變可歸結于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態。在描述空間調制電場誘導聚合物流變行為中，需要解決的關鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準確的追蹤氣液界面，即如何展現電場誘導聚合物流變成形的動態過程。為實現上述目標，兩相流模型包括以下三個方面：（1）電場，即 Maxwell 方程，描述外加電壓下聚合物與空氣內部的空間調制電場分布；（2）流場，即 Navier-Stokes方程，描述流體（包含空氣與聚合物）的流變狀態；（3）相場，即 Cahn-Hilliard 方程，描述流體狀態屬性以及氣液界面的運動過程。
展開 如何使用物理光學傳播（POP）工具描述空間電場傳播（二）
如何使用物理光學傳播（POP）工具描述空間電場傳播（二）
概要
本系列文章將介紹如何使用OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具計算電場在自由空間中傳播的狀況。本文主要介紹如何查看光束強度以及與強度有關的問題。
這一系列的文章一共有三篇，本文為第二篇。三篇文章中，我們只舉一個例子說明如何正確的使用POP。 三篇文章的內容安排如下：
第一篇：討論范例系統，介紹如何使用光束查看器（Beam File Viewer）。
第二篇：介紹如何查看光束強度以及與強度有關的問題。
第三篇：介紹如何查看光束相位以及與相位上有關的問題
光束強度數據中可能存在的問題
在本系列第一篇文章中，我們可以使用光束查看器（Beam File Viewer）來查看范例系統中不同面上的光束情況。
這是因為在POP執行過程中，我們設定了儲存光束文件，這樣就我們可以在光束查看器中通過選擇儲存的不同光束文件來查看光束在系統中不同面上的分布情況。
光束查看器中文件選擇
在范例系統中，面1是物面，因此面1上的光束分布顯示了光束剛射進系統時的情況。圖3所示的就是面1上的光束分布情況，看起來是最初計算的束腰半徑為6.4mm的高斯光束。
面1上的光束強度。這是起始面，光束解析正常
但是，我們可以看到面2上的網格的寬度變得非常大（124.2mm），并且光束解析度非常差。透鏡前表面即面4上的光束取樣甚至更差（253.8mm）。放大面4上的光束可以看到強度分布的峰值僅被4個像素表示，光束強度在像素邊界快速的變化，這造成了在X和Y方向上相對于光束傳播有高頻噪點。
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概述
OpticStudio 中坐標間斷的使用是非常靈活的。坐標間斷可以以空間任何一點為中心傾斜和偏心光學表面或者光學元件組，而保持其他光學元件位置不變。
本文我們將介紹：
不影響其它光學元件位置的前提下，如何以光學元件前端點、中心以及空間任意一點為中心傾斜/偏心光學元件
如何利用全局坐標檢查傾斜后整個光學系統
范例文件初始結構
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概要
OpticStudio中的坐標間斷是非常靈活的。坐標間斷可用于傾斜或偏心任何光學表面，或光學表面組，圍繞任何軸點，而不干擾光學系統的其余部分。本文將利用坐標間斷來重新定義順序系統的光軸。
簡介
坐標間斷是一個非常通用的工具，可以用來傾斜或偏心一個或多個光學表面。它是非常有用的，能夠選擇光學表面將圍繞什么點旋轉或偏心，我們將在這篇文章中展示如何指定該點
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本系列文章將介紹如何使用OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具計算電場在自由空間中傳播的狀況。本文主要介紹如何查看光束強度以及與強度有關的問題。
概要
這一系列的文章一共有三篇，本文是其中的第二篇。在這三篇文章中，我們將通過一個例子來闡述如何正確使用POP。 三篇文章的內容安排如下：
第一篇：討論范例系統，介紹如何使用光束查看器（Beam
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本文是系列文章的第一部分，介紹了OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具，該工具能夠在自由空間中模擬電場的傳播。文中還引入了Beam File Viewer功能，它可用于檢查每個表面上光束的相位和強度。
介紹
物理光學傳播 （POP） 工具是 OpticStudio 中唯一需要動手指導才能獲得正確結果的工具之一。原因在于它采用標量衍射理論在空間中模擬電場的傳播
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0、需求說明
使用 ansys maxwell 對電纜線電場進行計算。
電纜尺寸
銅芯半徑為 15mm，絕緣體層為 7mm。以下為電纜線橫截圖
求解操作整體流程
首先使用maxwell 2D設計，并設置solution type
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Ansys 政府計劃（AGI）正在幫助諾斯羅普·格魯曼公司開發、測試并交付深空先進雷達能力（DARC），以支持美國太空部隊
諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman）將采用Ansys仿真與數字任務工程解決方案開發雷達站，以監測太空高軌道
Ansys 政府計劃（AGI）正在幫助諾斯羅普·格魯曼公司開發、測試并交付深空先進雷達能力（DARC），以支持美國太空部隊（USSF）太空系統司令部（SSC）空間領域感知任務。
通過集成Ansys業界領先的仿真與數字任務工程解決方案
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如何使用物理光學傳播（POP）工具描述空間電場傳播（二）
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概要
本系列文章將介紹如何使用OpticStudio中的物理光學傳播（POP）工具計算電場在自由空間中傳播的狀況。本文主要介紹如何查看光束強度以及與強度有關的問題。
這一系列的文章一共有三篇，本文為第二篇。三篇文章中，我們只舉一個例子說明如何正確的使用POP
