ansys 模擬 部分的案例
Ansys Zemax | 如何模擬部分反射和散射的表面
這篇文章介紹了如何模擬一個部分反射的表面，該表面會根據指定的散射分布對一部分入射光能量進行散射。本文介紹的示例包含部分吸收以及部分鏡面反射的情況。（聯系我們獲取文章附件）
簡介
OpticStudio為用戶提供了通過使用鍍膜數據使他們的系統盡可能逼真的能力。在非序列模式下，鍍膜可以添加到任何物體表面，并進行編輯，使表面具有所需的反射和透射特性。特別地，部分反射(或選擇性透射)表面可以被模擬成只將一小部分入射能量以特定的分布方式散射。
本文的示例可以闡述了如何使用朗伯散射和理想膜層來產生所需的效果。
從附件開始，我們將創建和使用一個理想的鍍膜，以利用適當的涂層/散射屬性，創建一個部分反射表面。
建立系統
假設我們需要模擬一個表面為部分反射（60%反射）的矩形體 (Rectangle Volume) 物體，并且其中80%的反射光會根據朗伯 (Lambertian) 分布發生散射。剩下的20%將發生鏡面反射。通過使用三個非序列物體，本文的示例可以闡述了如何使用朗伯散射和理想膜層來產生所需的效果。
我們無需從零開始建立模型，請打開附件中的示例文件。在該文件中，一個單光線光源 (Source Ray) 物體發出的光線入射到矩形體的表面，其中矩形體的材料類型為MIRROR。從光源發出的光線完美的返回到光源并被探測器平面接收。在當前系統中，矩形體的表面沒有定義任何膜層或散射屬性。
通過不考慮偏振的蒙特卡洛光線追跡，單根光線照明了探測器最中間的像素并且該像素接收到的功率為1W。
建立理想膜層
有關在OpticStudio中定義和使用膜層的詳細信息，請查看幫助系統中的“Defining coatings in OpticStudio”一節。
展開 Ansys Zemax | 模擬 AR 系統中的全息光波導：第一部分
(聯系我們獲取文章附件)
推薦閱讀第二部分：ZEMAX | 模擬 AR 系統中的全息光波導：第二部分
簡介
增強現實 (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現實世界的場景結合并交互的技術。本文演示了如何利用全息技術在序列模式下建立一個用于增強現實的光學系統。
增強現實系統和全息圖
全息圖是記錄在高分辨率感光乳劑上的干涉圖案。全息系統的使用中存在兩個不同的階段：構造階段和重構階段，分別適用于全息圖的構建和作為光學元件的使用。有關該主題的詳細內容，請參考文章：“如何在OpticStudio中建模全息圖”。
在普通的AR系統中，光通過全息圖耦合到波導中，從而將相關信息從顯示器傳輸到眼睛。波導的優點是它很大程度上是透明的，不會阻擋來自現實世界的光。在這篇文章中，我們將指導您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個簡單的AR設計。
規格和設計策略
我們將從一個簡單的設計開始，然后進一步完善系統。初始規格是：
出瞳距離= 15mm
瞳孔直徑= 3mm
FOV = 10度
波導厚度= 10mm
光線將通過全息圖耦合到波導中。全息圖將被嵌入到PMMA材料中且出口面將會傾斜45度。根據程序的實際工作方式，系統會被“反向”建模。現實中（物理系統中），AR系統的光源是微顯示器，而成像平面將是人眼的視網膜（AR系統的出瞳和人眼系統的入瞳將被放置在同一位置）。但為了在OpticStudio中準確建模且有效優化系統，物理系統的出瞳被定義為在OpticStudio中建模系統的入瞳，而微顯示器被視為系統的“像平面”。因此，本文中任何光線都是按照在OpticStudio中建模的方式來描述的。
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這篇文章介紹了如何模擬一個部分反射的表面，該表面會根據指定的散射分布對一部分入射光能量進行散射。本文介紹的示例包含部分吸收以及部分鏡面反射的情況。(聯系我們獲取文章附件)
介紹
使用 OpticStudio 非序列模式模擬散射和膜層的能力，我們可以模擬一個部分反射（或部分透射）的表面，該表面會根據指定的分布散射入射光能量的一部分。
假設我們需要模擬一個表面為部分反射（60%反射）的矩形體 (Rectangle Volume) 物體，并且其中80%的反射光會根據朗伯 (Lambertian) 分布發生散射。剩下的20%將發生鏡面反射。通過使用三個非序列物體，本文的示例可以闡述了如何使用朗伯散射和理想膜層來產生所需的效果。
我們無需從零開始建立模型，請打開附件中的示例文件。在該文件中，一個單光線光源 (Source Ray) 物體發出的光線入射到矩形體的表面，其中矩形體的材料類型為MIRROR。從光源發出的光線完美的返回到光源并被探測器平面接收。在當前系統中，矩形體的表面沒有定義任何膜層或散射屬性。
通過不考慮偏振的蒙特卡洛光線追跡，單根光線照明了探測器最中間的像素并且該像素接收到的功率為1W。
建立理想膜層
OpticStudio 可以模擬任何類型的薄膜膜層，其中包括多層電介質膜層和金屬膜層等。然而在本文中，我們將只討論如何在 OpticStudio 中建立和應用簡單的理想膜層。
和 OpticStudio 中的其他膜層相同，理想膜層是通過在膜層文件中定義材料、漸厚層以及膜層等部分的數據來進行定義的。對于一個理想膜層，其定義語法為：
IDEAL
理想膜層只需要定義強度的透射系數和反射系數，并且該系數與波長和入射角無關。
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概要
這篇文章介紹了如何模擬一個部分反射的表面，該表面會根據指定的散射分布對一部分入射光能量進行散射。本文介紹的示例包含部分吸收以及部分鏡面反射的情況。
簡介
使用 OpticStudio 非序列模式模擬散射和膜層的能力，我們可以模擬一個部分反射（或部分透射）的表面，該表面會根據指定的分布散射入射光能量的一部分。
假設我們需要模擬一個表面為部分反射（60%反射）的矩形體 (Rectangle Volume) 物體，并且其中80%的反射光會根據朗伯 (Lambertian) 分布發生散射。剩下的20%將發生鏡面反射。通過使用三個非序列物體，本文的示例可以闡述了如何使用朗伯散射和理想膜層來產生所需的效果。
我們無需從零開始建立模型，請打開附件中的示例文件。在該文件中，一個單光線光源 (Source Ray) 物體發出的光線入射到矩形體的表面，其中矩形體的材料類型為MIRROR。從光源發出的光線完美的返回到光源并被探測器平面接收。在當前系統中，矩形體的表面沒有定義任何膜層或散射屬性。
通過不考慮偏振的蒙特卡洛光線追跡，單根光線照明了探測器最中間的像素并且該像素接收到的功率為1W。
建立理想膜層
OpticStudio 可以模擬任何類型的薄膜膜層，其中包括多層電介質膜層和金屬膜層等。然而在本文中，我們將只討論如何在 OpticStudio 中建立和應用簡單的理想膜層。
和 OpticStudio 中的其他膜層相同，理想膜層是通過在膜層文件中定義材料、漸厚層以及膜層等部分的數據來進行定義的。
展開 
Ansys Zemax | 模擬 AR 系統中的全息光波導：第一部分
推薦閱讀第二部分：Ansys Zemax | 模擬 AR 系統中的全息光波導：第二部分。
簡介
增強現實 (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現實世界的場景結合并交互的技術。本文演示了如何利用全息技術在序列模式下建立一個用于增強現實的光學系統。
增強現實系統和全息圖
全息圖是記錄在高分辨率感光乳劑上的干涉圖案。全息系統的使用中存在兩個不同的階段：構造階段和重構階段，分別適用于全息圖的構建和作為光學元件的使用。有關該主題的詳細內容，請參考文章：“如何在OpticStudio中建模全息圖”。
在普通的AR系統中，光通過全息圖耦合到波導中，從而將相關信息從顯示器傳輸到眼睛。波導的優點是它很大程度上是透明的，不會阻擋來自現實世界的光。在這篇文章中，我們將指導您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個簡單的AR設計。
規格和設計策略
我們將從一個簡單的設計開始，然后進一步完善系統。初始規格是：
出瞳距離= 15mm
瞳孔直徑= 3mm
FOV = 10度
波導厚度= 10mm
光線將通過全息圖耦合到波導中。全息圖將被嵌入到PMMA材料中且出口面將會傾斜45度。根據程序的實際工作方式，系統會被“反向”建模。現實中（物理系統中），AR系統的光源是微顯示器，而成像平面將是人眼的視網膜（AR系統的出瞳和人眼系統的入瞳將被放置在同一位置）。但為了在OpticStudio中準確建模且有效優化系統，物理系統的出瞳被定義為在OpticStudio中建模系統的入瞳，而微顯示器被視為系統的“像平面”。因此，本文中任何光線都是按照在OpticStudio中建模的方式來描述的。
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本文展示了如何繼續改進 本系列文章的第一部分 （點擊查看）中建模的初步設計。（聯系我們獲取文章附件）
簡介
AR 是一種允許屏幕上的虛擬世界與現實場景結合并交互的技術。
本文演示了如何繼續改進在文章模擬 AR 系統中的全息光波導：第一部分中的系統。
優化系統
從第一部分文章的優化得到的最后系統開始優化，我們需要進一步提高其光學性能。首先，讓我們收緊規格參數:
設置入瞳直徑 = 4 mm
放大 FOV 到 +/- 8度
使波導薄于6 mm，如下所示
這時，你會發現當我們試圖收緊設計參數時，設計將會變得不切實際。為了解決這個問題，我們需要限制設計參數，以確保光線遵循滿足物理意義的路徑。我們將使用評價函數中的相關操作數強制執行以下 3 個條件：
1.當光線應該在波導內部時，它們不能在波導外部傳播
2.光線不能到達全息面的后方
3.光線必須從波導管的頂部射出而不撞擊側面
為了便于優化，我們首先在表面 13（設置材料為 PMMA）之后添加一個虛擬面。這個曲面將被用作一個參考曲面，以確保系統的幾何形狀是正確的。接下來，在表面 17 的波導出口之后添加一個坐標間斷面，然后將現有的表面厚度剪切并粘貼到新的坐標間斷面厚度，這個新表面將用于傾斜像面。
為了更清晰地觀察系統視圖，對表面 14 的表面屬性 (Surface Properties) …繪圖 (Draw ) 做如下更改:
與此同時，為了實現我們的目標，我們可以在設計中加入更多的變量，讓設計更加自由。首先，允許全息圖移動和傾斜，使用以下設置：
1.將表面厚度 5 與表面厚度 2 用拾取求解關聯，縮放因子 -1
2.將表面 2 的厚度設置為變量
3.將全息圖的 X-傾斜 設置為變量
其次，將全息圖 2 表面的構造 Z1、Y2、Z2 參數設置為變量，使構造光可被修改。
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本文展示了如何繼續改進本系列文章的第一部分中建模的初步設計。
簡介
AR是一種允許屏幕上的虛擬世界與現實場景結合并交互的技術。
本文演示了如何繼續改進在文章 Ansys Zemax | 模擬 AR 系統中的全息光波導：第一部分中的系統。
優化系統
從第一部分文章的優化得到的最后系統開始優化，我們需要進一步提高其光學性能。首先，讓我們收緊規格參數：
設置入瞳直徑 = 4 mm
放大 FOV 到 +/- 8度
使波導薄于6 mm，如下所示
這時，你會發現當我們試圖收緊設計參數時，設計將會變得不切實際。為了解決這個問題，我們需要限制設計參數，以確保光線遵循滿足物理意義的路徑。我們將使用評價函數中的相關操作數強制執行以下 3 個條件：
1.當光線應該在波導內部時，它們不能在波導外部傳播
2.光線不能到達全息面的后方
3.光線必須從波導管的頂部射出而不撞擊側面
為了便于優化，我們首先在表面 13（設置材料為PMMA）之后添加一個虛擬面。這個曲面將被用作一個參考曲面，以確保系統的幾何形狀是正確的。接下來，在表面 17 的波導出口之后添加一個坐標間斷面，然后將現有的表面厚度剪切并粘貼到新的坐標間斷面厚度，這個新表面將用于傾斜像面。
為了更清晰地觀察系統視圖，對表面 14 的表面屬性 (Surface Properties) …繪圖 (Draw ) 做如下更改：
與此同時，為了實現我們的目標，我們可以在設計中加入更多的變量，讓設計更加自由。
展開 Ansys Zemax | 使用衍射光學器件模擬增強現實 （AR） 系統的出瞳擴展器 （EPE）：第 1 部分
如果用戶對這種類型的設計感興趣，可以查看這篇文章來了解更多信息： Ansys Lumerical｜帶 1D-2D 光柵的出瞳擴展器。
下一篇預告：Ansys Zemax | 使用衍射光學器件模擬增強現實（AR）系統的出瞳擴展器 （EPE）：第 2 部分
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分：使用 OpticsBuilde
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分：使用 OpticsBuilder 實現光機械封裝
如果光學和機械工程師都聲稱光機械系統已完成，則可以將系統從 Creo Parametric 導出為 STEP 裝配體，并進一步轉移到 FEA 軟件（如 Ansys Mechanical ），以便為 OpticStudio STAR 模塊生成 FEA 數據集。這些步驟在本系列文章的第三部分進行詳細闡述：
· 設計手機相機鏡頭第3部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析
新型鋼網鏤空心樓板試驗、模擬及理論研究 (數值模擬部分)
綜上，試驗、理論和數值模擬的計算結果如圖7所示，其中I表示考慮底板混凝土的作用，T表示不考慮底板混凝土的貢獻。考慮材料損傷的計算方法是將理論公式與有限元計算結果相結合的分析方法。具體說明如下：由C30混凝土材料本構模型可知，當材料的受壓損傷系數達到0.5時，其受壓強度達到峰值，當材料的受拉損傷系數達到0.2時，其受拉強度達到峰值。計算有限元模擬結果中材料損傷系數大于這兩者的部分的占比，作為失效部分，不考慮其剛度貢獻。在理論公式中，在各個荷載階段根據不同損傷程度對剛度進行折減，進而得到考慮材料損傷的荷載-位移曲線。從圖7中可知，各計算方法得到的荷載-位移曲線的總體趨勢與試驗結果吻合度良好。理論曲線與試驗曲線出現誤差的主要原因在于兩點：（1）試驗存在誤差。在荷載加載至4kPa以前，由于荷載較小，測點位移難以反映結構真實剛度，以至于試驗曲線與理論曲線出現一定誤差。（2）材料損傷導致的剛度折減。理論曲線若不考慮材料損傷導致的剛度折減，在荷載增大后，其理論值與試驗值誤差增大。在荷載達到14kN以前，理論公式對試件整體剛度的預測與試驗結果吻合度較高，在荷載超過14kN以后，其誤差越來越大。此外，表明不考慮底板混凝土的剛度貢獻是不合理的。在試驗荷載超過4kN以后，考慮材料損傷的理論計算值與試驗結果吻合度非常高。
圖7 不同假定下荷載-樓蓋板底跨中撓度曲線
7. 結論
（1）所建立的有限元模型的剛度及失效現象與試驗吻合良好，表明所采用的建模技術和簡化方法是合理的，其建模技術可推廣至其他同類研究的數值模擬當中。數值模擬結果表明，在14級荷載作用下，鋼筋仍未進入塑性狀態，樓蓋板和框架柱混凝土的拉裂及壓碎是試件剛度大幅下降的主要原因。而影響試件豎向剛度的關鍵因素是框架柱與樓蓋板相連區域的剛度及承載力。
展開 GLAD應用：部分相干光模擬
模擬結果
圖.1 object mask的初始分布
圖.2 完全相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖.3 完全相干時object mask所成的像
圖.4 部分相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖.5 部分相干時object mask所成的像
圖.6 完全不相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖.7 完全不相干時object mask所成的像
GLAD應用：部分相干光模擬
模擬結果
圖.1 object mask的初始分布
圖.2 完全相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖.3 完全相干時object mask所成的像
圖.4 部分相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖.5 部分相干時object mask所成的像
圖.6 完全不相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖.7 完全不相干時object mask所成的像
GLAD：部分相干光模擬
模擬結果
圖1.object mask的初始分布
圖2.完全相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖3.完全相干時object mask所成的像
圖4.部分相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖5.部分相干時object mask所成的像
圖6.完全不相干時點光源在轉像透鏡入瞳處所成的像
圖7.完全不相干時object mask所成的像
展開 ZEMAX | 如何在 OpticStudio 中模擬激光光束傳播：第三部分 使用物理光學傳播來模擬高斯光束
有以下三種工具可在 OpticStudio 的序列模式中模擬高斯光束傳播：
基于光線的方式
近軸高斯光束分析
物理光學傳播
本系列的三篇文章旨在介紹如何創建一個高斯激光光源、如何分析光束通過光學系統時的傳播和如何使用上述三種方式優化至最小光斑。
前面我們講到了本系列文章的前兩篇：
· 高斯光束理論和基于光線的方式
· 使用近軸高斯光束工具來模擬高斯光束
本文也會介紹適用于特定情況的最佳模擬方式，是系列文章的第三篇，重點介紹如何使用物理光學傳播工具來建模高斯光束，以及何時使用哪種工具。【 聯系我們下載文章中的附件。】
簡介
激光工程師經常發現有必要對激光在光學系統中的傳播進行建模。與基于光線的方法不同，物理光學傳播 (POP) 通過傳播相干波前來模擬激光光束，因此允許對任意相干光束進行非常詳細的研究。在接下來的章節中，我們將介紹如何使用 POP 建模光束傳播。
物理光學傳播
物理光學傳播通過傳播波前來模擬光學系統中的傳播。光束由離散采樣點的陣列上的數據表示，類似于用光線進行幾何光學分析的離散采樣。整個陣列通過光學表面之間的自由空間傳播。在每個光學表面上，系統會計算一個將光束從光學表面的一邊傳播到另一邊的轉換函數。因為光束是由其全部復值電場陣列描述的，所以物理光學傳播 POP 允許仔細研究任意相干光束，包括高斯或任何形式的高階多模激光束（光束是用戶可定義的）、遠焦衍射影響或有限鏡頭孔徑的影響（如空間濾波器）。這篇文章將不會深入如何使用物理光學傳播工具的細節。
展開 FRED部分相干模擬
在過去的1/4世紀里，GBD運算法則已被證明在模擬衍射和干涉效應上具有顯著的精確性。這里我們演示FRED的GBD性能用于說明部分相干，我們來觀察一個衍射計的例子。
衍射計[1],[2]是演示部分相干性很有用的一個儀器。實驗結構裝置可以用下圖表示。擴展非相干光源S0通過透鏡L0成像于S1。由S1出來的光線通過L1準直并通過透鏡L2聚焦于平面F上。包含兩孔徑P1和P2的非透明屏A置于透鏡L1和L2中間。孔徑P1和P2可以為任何形狀、尺寸和位置。
在FRED模型中，如上圖中紅色虛線所圈出部分用于收集點光源隨機發出的不同波長的光線，它的作用類似于小孔區域的S1。這種收集而來的光線類似于Born & Wolf提出的準單色光源。在平面F上，光源中的不同波長形成了干涉圖。通過設計，FRED演示了相同波長的相干性和不同波長之間的非相干。因此，在F面上的總照度圖形成了不同相干成分下的非相干的總和。
根據由P.H. van Cittert在 1934 和 F. Zernike 在 1938提出重要的部分相干理論的獨立發展，在S1 處的光源收集引起了在A處屏上兩點P1和P2之間的場產生了相關性。先驅的Cittert-Zernike法則確定了以下部分相干的關系式：
這里r是小孔S1的半徑，d是兩孔P1和P2的中心距離。R是透鏡L1的焦距，r1和r2是孔P1和P2離開光軸的距離，而Im是平均波長。
作為測試FRED的性能，我們已經得出了和Thompson and Wolf通過計算在分開距離為d的小孔P1和P2，在平面F上的照度計算吻合的結果。相關的參數為f1=f2=1520mm;透鏡L1和L2分開14mm，小孔S1的直徑為90mm，孔徑P1,P2的直徑為1.4mm;平均波長為Im=0.579mm。
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