圓孔衍射仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-21
圓孔衍射仿真的實例教程
非也，其實圓孔附近應力的收斂結論是不會被打破的，造成這種轉折的原因是最大應力已經移位固定邊界的角點上。
這確是個問題，隨著網格變細，左邊線的固定約束帶來了異常。將材料的泊松比縮小100倍，再查看固定約束開圓孔板的收斂性。
改變泊松比，收斂反轉現象不再出現。
不論材料力學，還是彈性力學都建議避免構件的截面尺寸發生突變，盡量采用圓弧過渡，盡量只開圓孔或橢圓孔。開橢圓孔板的應力集中，彈性力學有分析結果，再用有限元法查看一下。
平均應力50MPa，橢圓孔水平放置時，理論上放大2倍，最大為100MPa：
當橢圓孔垂直放置時，理論上放大5倍，最大為250MPa。如果橢圓孔再細長一點，應力計算會越來越難收斂，讀者可自行嘗試：
應力集中是客觀存在的現象，不以人的美好愿望而轉移，但可以去了解它。應力集中問題的有限元仿真需要網格細化，而網格細化的結果當然能準確表征出應力集中現象。如果構件某處存在應力集中，但分析者由于各種原因并不需要關心此處，此時的網格細化則又是畫蛇添足，萬萬不要的。可以搬出圣維南原理來解釋，不管應力集中處的網格多么差勁，距離較遠處的仿真結果并不會受較大的影響。
展開 01
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衍射的頻域仿真
非無限大聲場邊界會產生聲衍射，從而對揚聲器的輻射阻抗產生影響，影響遠場的頻響曲線。
以下是2011年的國標“揚聲器主要性能測試方法”中標準測試箱體的衍射修正曲線。
對不同箱體的衍射效應的定量的描述，很多資料上都有提到。
仿真擬合出無限大障板和實際箱體的響應差異
02
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衍射的時域仿真
在頻域中應用的有限元方法可以發現衍射效應。但是激勵信號主導聲場，所以分離出衍射的影響是很困難的。
時域仿真可以克服這些問題，實現聲場的及時分離。 本文演示如何使用時域有限元分析來模擬音箱的衍射。
給產品一個單周期高斯脈沖作為激勵
聲場時域響應分布
方形音箱
球形音箱
可以看到方形音箱邊角衍射比球形明顯
其他產品
箱體正前方0.17m處響應曲線
方形音箱
球形音箱
可以看到方形音箱波形不夠完整，幅度相對較大
頻域結果
藍色是激勵信號，綠色是衍射影響
方形音箱
球形音箱
方形音箱受到衍射影響更大
展開 翻譯：慧和聚成 - 徐麗敏
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來源：Original Ansys Lumerical Ansys 光電大本營
2.光柵可以將光衍射成具有特定不同方向的幾束光束。為了探究光柵對光傳播的影響，可以使用交互式模擬，使光線從光源通過光學系統的傳播可視化。
3.可以通過照度傳感器收集射線并分析均勻性，傳感器允許計算光的輻照度(W/m2)或照度(Lux)。通過模擬結果，可以在波導的輸出耦合區域探索來自520nm均勻顯示源的輻照度。模擬完成后，雙擊XMP打開輻照度圖，并檢查均勻性。模擬計算選擇LXP，打開得到的lpf文件，通過measure功能，能供追跡光源到探測器的光線轉播路徑。
4.使用亮度探測器，以display光源入射系統評估最終特定視場下的亮度結果，收集系統的亮度信息，使用inverse仿真計算，打開XMP結果，系統顯示圖像信息內容。當然在仿真過程中，Speos支持加入場景環境光，使得系統的環境信息和顯示信息全部疊加到用戶的視野上。另外在人眼視覺條件下，激活人眼視覺參數可以模擬人眼的空間適應性，調節人眼參數實現不同的人眼視覺結果，在可讀可視性分析中，可以分析場景環境下目標信息的可識別性。
5.如果選擇observer 探測器，允許定義多角度的仿真模擬，將會得到Speos 360結果，可以動態多點查看系統的人眼視覺效果。
結論
在本例中使用1-D光柵用于衍射光學元件，為了使模式進一步發展，用戶可以用自己的1-D甚至2-D光柵代替光柵，在一個或兩個方向上衍射光。
展開 將仿真數據與基爾霍夫衍射公式理論計算結果對比，光強誤差小于 3%，光斑尺寸誤差小于 2%，驗證了 OAS 仿真的準確性與可靠性。此外，軟件支持衍射圖樣灰度分析、局部區域放大等功能，可進一步提取光斑均勻性、能量集中度等關鍵參數。
三角孔徑衍射的三維追跡圖
三角孔徑衍射的探測器結果圖
總結
本案例通過 OAS 軟件高效實現了三角孔徑衍射的仿真，相比傳統物理實驗，成本降低 60% 以上，研發周期縮短 50%。該方案可直接應用于三角孔光闌設計、激光加工衍射效應預判、光學檢測系統誤差分析等場景，為科研人員與工程師提供可靠的仿真工具。綜上，OAS 軟件憑借靈活的自定義建模能力、精準的衍射計算算法及便捷的操作流程，在非規則孔徑光學特性研究中展現出顯著優勢。
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前言
在光學設計領域，鏡頭系統是核心研究對象，鏡頭相關設計與仿真在光學設計中占據著重要比重。傳統鏡頭分析多依托幾何鏡頭設計等專業工具，而在需要精細化衍射分析的實際場景中，光學仿真需兼顧衍射效應等關鍵物理特性。本次我將以像散轉換器為實操案例，為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導入鏡頭文件，完成包含衍射分析的光學系統仿真。
圖1. 模式像散轉換器概念圖
如圖1所示
圓孔衍射的三維追跡圖
圓孔衍射的探測器結果圖
總結
本案例通過 OAS 光學軟件實現了圓孔衍射現象的精準仿真，不僅規避了傳統實驗的局限性，還具備參數可靈活調整、物理過程可視化、結果可定量分析等優勢。該仿真方法可廣泛應用于光學系統設計初期的性能預判，幫助工程師優化孔徑結構參數以降低衍射效應的不利影響。
原文信息
原文標題：“基于光線場追跡的國產3D可視化衍射光波導仿真模塊研究”
第一作者：覃嘉佳
通訊作者：宋強，劉祥彪, 張善文，段輝高，周常河
增強現實（AR）技術作為新興人機交互模式，其近眼顯示領域中，AR 衍射光波導技術因輕量化、小型化等優勢成為核心發展方向。高品質衍射光波導的設計優化離不開專業仿真軟件。為填補國內空白，本研究團隊研發了完全自主可控的
三角孔徑衍射案例分析
簡介
衍射是光學領域的基礎物理效應，非規則孔徑（如三角形孔徑）的衍射特性在光學成像、激光束整形、光場調控等場景中具有重要應用價值。傳統物理實驗需反復調整光源、孔徑與探測設備，成本高且周期長，因此需借助專業光學仿真軟件構建精準模型，高效分析三角孔徑的衍射規律。本案例以高斯光束為研究對象，基于 OAS 光學軟件實現三角孔徑的建模與衍射仿真，目標是獲取遠場衍射圖樣及光強分布數據
光束整形＞衍射光學
任務/系統說明
亮點
?使用空間光調制器（SLM）模擬光束整形
?研究SLM像素間非功能性間距的影響
說明：光源
說明：SLM像素陣列
說明：傅立葉透鏡
說明：探測器
結果：3D系統視圖
隨著智能車載系統的發展與智能駕駛體驗需求的增加，車載抬頭顯示 HUD 系統作為信息顯示的媒介，能夠將儀表盤信息、傳感器獲得的輔助駕駛信息和與環境融合的現實增強信息完美地呈現給駕駛者，使駕駛者無需低頭觀看儀表，極大地提升了駕駛的安全性和體驗感。
相較于傳統的車載HUD，AR-HUD擁有更大的FOV（10°*3°以上）和更大的虛擬屏幕尺寸（70寸以上），因此能結合更遠的虛像距離（10米以上）、顯示更豐富的信息
01 說明
此示例描述了衍射光柵對正入射寬帶平面波的響應。Lumerical提供了一組光柵腳本以及“光柵階數傳輸”分析組，可以輕松計算常見結果，例如不同波長的光柵階數、衍射角和光柵效率，光柵分析組還可用于獲得特定光柵階數的功率分數。
02 綜述
本例中的衍射光柵是平面上半橢球的二維陣列。一個寬帶（0.85~1μm)平面波通常從襯底入射到表面光柵上
Ansys Optics /
空間光調制器(SLM.0002 v1.1)
應用示例簡述
1. 系統細節
? 光源
— 高斯光束
? 組件
— 反射型空間光調制器組件及后續的2f系統
? 探測器
— 視覺感知的仿真
— 電磁場分布
? 建模/設計
— 場追跡：
? 一個SLM像素陣列處光傳播的仿真，仿真中包括了SLM像素間無功能間隔引起的衍射效應。
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