ansys聲學傳播
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
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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 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。
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，它呈現的是最初計算得出的束腰半徑為6.4mm的高斯光束。
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。
解決采樣問題
要解決以上問題，我們可以增加光束起始處的網格寬度。光束從焦點傳播到第一透鏡前表面，會經歷一個傅里葉變換（FFT）。在傅里葉變換中，一個面的解析度會跟另一個面的網格寬度成反比。
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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 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?wx_fmt=png&from=appmsg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" alt="圖片"></p><p class="ql-align-center"><span style="color: rgb(127, 127, 127);">圖11：使用Merit Function編輯器計算對快速透鏡引起的相位變化進行充分采樣所需的采樣。</span></p><p><br></p>
展開 深入了解內核
特邀ANSYS總部首席專家分享最新聲學仿真技術
以及電動汽車NVH，馬達振動噪聲等多物理場仿真應用
想必大部分駕駛員都有過類似的經歷：高速公路行駛時汽車內部變得嘈雜擾人，必須調高收音機音量才能聽到喜歡的電臺節目或者需要提高嗓音才能與乘客進行交談，這是在高速公路駕駛時空氣湍流流經車身造成的…在“人人都想擁有的吹風機”問世前，你是否知道戴森空氣動力學研究負責人也對其團隊發出靈魂三問：我們如何才能做得更好？我們怎樣才能讓空氣流動更快？我們怎樣才能消除空氣湍流？
諸如此類場景…其實聲學分析被廣泛應用于各個行業，如何讓求解相關聲學仿真問題更加便捷，工程師怎樣基于ANSYS Workbench對聲學問題進行快速求解。10月10日，我們將有機會與ANSYS首席專家趙力博士面對面，共話ANSYS聲學仿真最新技術和應用。本次研討會將對ANSYS Mechanical 聲學產品中的壓力聲學、建筑聲學、熱粘聲學和孔隙彈性聲學模塊，包括數理背景、有限元技術、復雜聲學材料特性、邊界條件、激勵聲源、求解器和HPC技術、前后處理器以及流固相互作用進行詳細闡述，深入討論振動聲學、ANSYS各產品之間的多物理場耦合技術與模擬流程及其工程應用，相信大家借此機會將對ANSYS Mechanical 聲學產品有更全面的了解。
特邀嘉賓
趙力博士，1983年畢業于南京工學院電子工程系。
展開 概述
物理光學傳播 (Physical Optics Propagation, POP) 分析是OpticStudio序列模式中的一個強大的分析工具，它可以用來分析光束的傳播和光纖耦合的效率。這篇文章旨在介紹這一分析工具的功能，并向您展示一些具體的應用示例。本文同時為您介紹了如何使用光束文件查看器 (Beam File Viewer) 這一重要功能。
介紹
使用幾何光學追跡對光的傳播進行描述并不完善。嚴格來說，光的傳播是一個相干的過程。當一個波前在真空或光學介質中傳播時，其各部分之間會發生干涉。模擬此類相干的傳播便屬于物理光學的范疇。OpticStudio通過衍射算法對系統進行POP分析，模擬波前在光學系統里從表面到表面的傳播行為。該分析模式充分考慮了光的相干性。
什么是物理光學傳播
在進行POP分析時，波前使用點陣進行模擬，其中點陣中的每個點都儲存了光束的復振幅信息。您可以自行定義復振幅的維度、采樣率和縱橫比。
在計算光束從一個表面傳播到另一個表面時，可采用菲涅爾衍射傳播或者角譜傳播算法進行計算。OpticStudio在計算時會自動選擇數值精度最高的算法。衍射算法在任意光束性質、任意傳播距離或任意的表面孔徑包括用戶自定義孔徑，都能得到正確的分析結果。
POP分析通常應用于計算光纖耦合（單模和多模）效率、計算任意類型光學空間中的衍射傳播、計算引入像差后的最佳束腰位置偏移、計算在光學表面上的光通量和照度等。POP分析同樣可以詳細計算任意激光光束在復雜光學元件中傳播，包括對M平方的計算。
變形光束
點擊文件菜單或者工具欄中的打開按鈕，打開文件Zemax\Samples\Physical Optics\Anamorphic Beams.zmx。
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概述
物理光學傳播 (Physical Optics Propagation, POP) 分析是OpticStudio序列模式中的一個強大的分析工具，它可以用來分析光束的傳播和光纖耦合的效率。這篇文章旨在介紹這一分析工具的功能，并向您展示一些具體的應用示例。本文同時為您介紹了如何使用光束文件查看器 (Beam File Viewer) 這一重要功能。
介紹
使用幾何光學追跡對光的傳播進行描述并不完善
Ansys Mechanical NVH 是 Ansys 公司開發的一款用于噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）分析的軟件工具。
本次研討會從電磁激勵分析、振動沖擊分析、聲學分析、聲品質優化四個方面出發，介紹其完善的聲學求解器能力以及Mechanical NVH工具集等關鍵技術。
6月12日，Ansys
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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
深入了解內核
特邀ANSYS總部首席專家分享最新聲學仿真技術
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明確ANSYS中的阻尼，聲吸收，阻抗的含義：
阻尼是指動力學問題相關的能量損失，可以在瞬態或諧波聲學中包括。聲的吸收和阻抗指壓力自由度相關的損失。ANSYS中的阻抗用來標識聲表面可以吸收能量的開關，MU指能量在指定聲表面被吸收的數量。這個用途對ANSYS是特殊的，意義比廣義聲學中更為嚴格。
通常的一個誤解是約束的邊界是吸收邊界。實際上這種邊界反射壓力脈沖并將其反號。各種邊界條件總結如下
aANSYS是通常用于分析和設計聲學換能器的有限元軟件之一,通過實例給出分析聲學換能器的處理過程,包括建模、施加載荷、設置求解選項、使用后處理器、以及獲得換能器振動輻射參數的一般過程,并涉及寬帶換能器、矢量換能器的發射與接收問題,對ANSYS有限元軟件模擬換能器的一些經常遇到的問題細節的處理方法做了較全面的概括。還簡要討論了流體中結構模態分析的一般處理方法,對結果數據進行數學運算操作并獲得換能器的特性參數等等
平板聲學分析Ansys
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下面是程序清單：
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/PREP7
ET,1,SOLID45 !殼單元 類型1
ET,2,FLUID30 ! acoustic
