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Ansys Zemax | 如何對(duì)中間面進(jìn)行優(yōu)化
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展開(kāi) Ansys Zemax | 如何建模離軸拋物面鏡
離軸拋物面反射鏡是光學(xué)工業(yè)中一種重要的設(shè)計(jì)類型。本文演示了如何根據(jù)制造商給出的規(guī)格設(shè)計(jì)一個(gè)離軸拋物面反射鏡,并演示如何使用主光線求解將像面中心與主光線路徑對(duì)齊。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
簡(jiǎn)介
離軸拋物面反射鏡的優(yōu)點(diǎn)是光束通過(guò)反射到達(dá)像面途中將不會(huì)受到遮擋。使用 OpticStudio 可以很簡(jiǎn)單地建模一個(gè)表面的任何離軸部分,不管其是否為拋物面。本教程將向您展示如何建模一個(gè)離軸拋物面反射鏡。這里所示的概念適用于任何偏心表面,并不局限于離軸拋物面反射鏡。
離軸拋物面鏡設(shè)計(jì)參數(shù)
我們將制作一個(gè)商用的離軸拋物面反射鏡。這個(gè)設(shè)計(jì)練習(xí)的目標(biāo)是能夠使反射鏡在光軸(Z軸)上的任意一點(diǎn)繞X軸傾斜。反射鏡的規(guī)格如下:
離軸距離:150mm
焦距:1000mm
元件物理直徑:203mm
反射鏡背面的基底垂直于光軸。
如果您不熟悉任何在本教程中使用的步驟,請(qǐng)先參考 “如何使序列光學(xué)元件傾斜和偏心” 文章后,再嘗試本文內(nèi)的詳細(xì)步驟。
輸入基礎(chǔ)幾何結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí),我們將首先定義系統(tǒng)設(shè)置。在系統(tǒng)資源管理器中進(jìn)行以下調(diào)整:
·設(shè)置 系統(tǒng)孔徑 (Aperture)…孔徑類型 (Aperture Type) :入瞳直徑 (Entrance Pupil Diameter) 和孔徑值 (Aperture Value) :100
·設(shè)置 單位 (Units) …鏡頭單位 (Lens Units):毫米 (Millimeters)
·設(shè)置 波長(zhǎng) (Wavelengths) …波長(zhǎng)1 (Wavelength 1) : 0.550 um
接下來(lái)我們可以開(kāi)始定義系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中的光闌面后添加一個(gè)表面,然后在表面1-3上輸入以下參數(shù)。
展開(kāi) ANSYS workbench如何施加局部載荷(印記面功能)
在金典版本的ANSYS中,我們可以直接施加集中力在節(jié)點(diǎn)上,在某個(gè)局部范圍內(nèi)上,但是在ANSYS workbench中就沒(méi)有那么方便了,比如一個(gè)體或者面上,無(wú)法實(shí)現(xiàn)局部力作用。
但是在workbench中有一個(gè)功能可以實(shí)現(xiàn),imprint face(就是傳說(shuō)中的印記功能),在前面DM編輯中創(chuàng)建,隨便創(chuàng)建你想要的局部效果,然后在mechanical中將力局部施加在你創(chuàng)建的印記面上。
例如:
(1)創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)方體
在DM,創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)方體。
(2)創(chuàng)建一個(gè)加力印記面。
現(xiàn)在準(zhǔn)備在該長(zhǎng)方體的上面某個(gè)地方,創(chuàng)建一個(gè)施加集中力的地方。
首先選擇該長(zhǎng)方體的上表面創(chuàng)建一個(gè)平面。
接著在該面(plane4)上創(chuàng)建一個(gè)圓形,這需要使用繪制草圖的方式。
并使用尺寸約束對(duì)該圓形定位,并確定圓的半徑,如果是集中力,自然小一點(diǎn)為好。
其尺寸如下
最后使用拉伸的方式拉伸該草圖,但是要注意在拉伸的細(xì)節(jié)視圖中所進(jìn)行的設(shè)置。
此處,操作是imprint faces,就像蓋印章一樣,在這里蓋一個(gè)面而已。
結(jié)果如下
現(xiàn)在該表面生成了一個(gè)加力面,這就是前期*好的一個(gè)后期施加力的局部面。
(3)劃分網(wǎng)格。
自動(dòng)生成劃分網(wǎng)格。
仔細(xì)觀察我們剛創(chuàng)建的加力面。
加入一個(gè)局部細(xì)分后,結(jié)果如下
這個(gè)網(wǎng)格并不理想。有更好的方式可以把網(wǎng)格劃分得很漂亮,但是,這不是我們的的重點(diǎn),所以,自己在慢慢玩
(4)施加固定邊界條件。
固定左端面
(5)在加力面上施加集中力。
(6)計(jì)算一下
(7)看看效果
然而
對(duì)于空間實(shí)體而言,集中力很少只是施加在一個(gè)點(diǎn)上,比如金典ANSYS中施加集中力也不會(huì)只在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上,比如一條線上的節(jié)點(diǎn),或者多個(gè)節(jié)點(diǎn),類似就是會(huì)有一個(gè)加力面的效果。
展開(kāi) 
Ansys Zemax | 如何在 OpticStudio 內(nèi)對(duì)斜切端面光線進(jìn)行建模
結(jié)論
本文介紹了建立斜切端面光纖耦合系統(tǒng)的三種不同方法。我們還介紹了一種從斜切光纖發(fā)射光束的方法。它討論了在像面上使用 Coordinate Break 表面和 Tilted 表面類型之間的區(qū)別。它演示了如何對(duì)斜切光纖端面進(jìn)行建模,以及如何引入模態(tài)傾斜角來(lái)補(bǔ)償斜切。我們可以看到,通過(guò)適當(dāng)?shù)墓饫w對(duì)準(zhǔn)補(bǔ)償,斜切光纖的耦合效率與使用正常端面光纖的耦合效率非常匹配。這三種方法都可以在 OpticStudio 中直接實(shí)現(xiàn),選擇的方法將取決于用戶的應(yīng)用和偏好。
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結(jié)論
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Ansys Zemax | 如何使用 Binary2 面型設(shè)計(jì)衍射光學(xué)元件
附件下載
聯(lián)系工作人員獲取附件
概述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中建立衍射光學(xué)表面以及如何使用 Binary2(二元面2)模擬衍射光學(xué)元件。本文使用的示例文件請(qǐng)聯(lián)系工作人員下載。
Binary2 面型
Zemax LLC 感謝 Optics1 公司的 Robert E.Fischer 先生授權(quán)使用其著作《Optical System Design》中的圖表。
在 OpticStudio 中,許多表面除了可以定義折射光焦度以外,還可以定義衍射光焦度。衍射光焦度與材料折射率和表面矢高無(wú)關(guān),但可以改變光的相位。有關(guān)建立衍射光學(xué)表面的詳細(xì)信息,見(jiàn)文章“OpticStudio 建模衍射光學(xué)表面”。
Binary2 中的衍射光焦度會(huì)在光學(xué)表面的截面上引入連續(xù)的相位變化:
其中系數(shù) Ai 的單位為弧度。
由于相位變化在表面的截面上是連續(xù)的,因此 Binary2 面型模擬的是一個(gè)理想的二元衍射元件,其二元面的臺(tái)階尺寸趨近于無(wú)窮小或小于光的波長(zhǎng)。
通常來(lái)講,Binary2 面型模擬衍射光學(xué)元件的環(huán)形衍射區(qū) ( Diffraction Zones) 的尺寸與該區(qū)域到表面頂點(diǎn)的徑向距離有關(guān),如下圖所示。OpticStudio 可以自動(dòng)計(jì)算每個(gè)環(huán)形衍射區(qū)的徑向坐標(biāo)使相鄰區(qū)域的相位差為 2π。
Binary2 面型在固定徑向坐標(biāo)處所引入的附加相位與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。與波長(zhǎng)相關(guān)的光程由下式給出:
下圖布局圖所示為 Binary2 的色差:
Binary2 消色差單透鏡
Binary2 面型經(jīng)常用來(lái)矯正色差。在一個(gè)簡(jiǎn)單的單透鏡中,長(zhǎng)波長(zhǎng)光的焦距相比短波長(zhǎng)的光更長(zhǎng),如下圖(a)。
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