自適應光學的案例
在 COMSOL 中對自適應光學系統進行仿真
它使自適應光學得以發展。如今，自適應光學被用來提高光學系統的功率，以消除光學介質所帶來的不良影響。
自適應光學：消除光學介質帶來的不必要影響
當一束來自天文物體（例如恒星）的光，穿過地球大氣層時，大氣層的湍流會導致這些恒星得圖像變得模糊和閃爍（閃光）。當你透過水池中或在火上觀察一個物體時，也會發現類似的效應。這種效應使光學儀器的分辨率受到限制，從而使天文圖像的質量變差。幾個世紀以來，天文學家們一直在嘗試消除或將低這種天文觀測 效應。他們曾嘗試在山頂上建造天文臺和向太空發射望遠鏡來避開這種效應。
為了克服這些困難，美國天文學家 Horace W. Babcock 在 1953 年創新性的提出了自適應光學這一。這個概念最初是為天文學和軍事應用單獨提出的，但直到現代計算機技術的出現，自適應光學才得以實行，被廣泛用于科學和商業應用中。
如今，自適應光學不僅被用于天文望遠鏡，還被用于激光通信和激光材料加工應用；氣象學類應用；監控等軍事和安全類應用；眼科和視覺科學等生物醫學技術類應用；用于提高圖像質量的消費類設備應用；甚至機器人視覺應用。
根據這份報告報道，全球自適應光學應用市場的營業額約有 4000 萬美元，預計 2022 年將增長到約 400 億美元。
一個自適應光學系統的示意圖。波前在頂部進入系統。光線首先照射到端傾斜鏡（TT），然后被引導到可變形鏡（DM）。波前被校正，部分光線被分光鏡（BS）分出。波面由波面傳感器（本例中為 Shack-Hartmann）測量，然后控制硬件向 DM 和 TT 鏡發送更新信號。兩個濾波輪（FW1 和 FW2）只在校準時使用。來源：Wikimedia Commons。
展開 GLAD：大氣像差與自適應光學
通過在系統中引入自適應光學系統，可以對激光傳輸時拾取的低頻畸變進行校正，從而顯著提升傳輸激光的Strehl ratio。 圖1.激光通信系統示意圖系統描述 本例介紹了大氣湍流像差對應命令phase/random/kolmogorov以及自適應光學命令adapt的使用。大氣湍流對于激光波前的影響可以采用Kolmogorov功率譜模型表征：
其中 是波陣面的光譜功率，r0為可視參數， f是空間頻率，L0是外部尺寸， Li是內部尺寸，這些參數的單位分別為rad，m，m-1。
自適應模型中，假設所有的驅動器都是一樣的并且均勻分布在一個正方形的口徑中，用戶可以自定義驅動器影響函數的空間寬度。對于空間波長大于用戶自定義空間寬度的成分，自適應默認完全校正。
引入自適應光學系統后，經過大氣傳輸的激光光斑的初始Strehl ratio從0.04被顯著提升到了0.87。
模擬結果 圖2.經過大氣傳輸的激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.04
圖3.經過自適應光學矯正后的大氣傳輸激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.87
展開 GLAD：大氣像差與自適應光學
通過在系統中引入自適應光學系統，可以對激光傳輸時拾取的低頻畸變進行校正，從而顯著提升傳輸激光的Strehl ratio。
圖1.激光通信系統示意圖
系統描述
本例介紹了大氣湍流像差對應命令phase/random/kolmogorov以及自適應光學命令adapt的使用。大氣湍流對于激光波前的影響可以采用Kolmogorov功率譜模型表征：
其中w2(f)是波陣面的光譜功率，r0為可視參數，f是空間頻率，L0是外部尺寸，Li是內部尺寸，這些參數的單位分別為rad，m，m-1。
自適應模型中，假設所有的驅動器都是一樣的并且均勻分布在一個正方形的口徑中，用戶可以自定義驅動器影響函數的空間寬度。對于空間波長大于用戶自定義空間寬度的成分，自適應默認完全校正。
引入自適應光學系統后，經過大氣傳輸的激光光斑的初始Strehl ratio從0.04被顯著提升到了0.87。
模擬結果
圖2.經過大氣傳輸的激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.04
圖3經過自適應光學矯正后的大氣傳輸激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.87
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通過在系統中引入自適應光學系統，可以對激光傳輸時拾取的低頻畸變進行校正，從而顯著提升傳輸激光的Strehl ratio。
圖1.激光通信系統示意圖
系統描述
本例介紹了大氣湍流像差對應命令phase/random/kolmogorov以及自適應光學命令adapt的使用。大氣湍流對于激光波前的影響可以采用Kolmogorov功率譜模型表征：
其中w2(f)是波陣面的光譜功率，r0為可視參數，f是空間頻率，L0是外部尺寸，Li是內部尺寸，這些參數的單位分別為rad，m，m-1。
自適應模型中，假設所有的驅動器都是一樣的并且均勻分布在一個正方形的口徑中，用戶可以自定義驅動器影響函數的空間寬度。對于空間波長大于用戶自定義空間寬度的成分，自適應默認完全校正。
引入自適應光學系統后，經過大氣傳輸的激光光斑的初始Strehl ratio從0.04被顯著提升到了0.87。
模擬結果
圖2.經過大氣傳輸的激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.04
圖3經過自適應光學矯正后的大氣傳輸激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.87
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Ansys Zemax | 如何模擬自適應光學系統
概述
這篇文章介紹了如何在OpticStudio中使用多重結構創建反射式自適應光學系統。本文詳細介紹了：
如何通過縮放光闌鏡面的偏心來模擬一組鏡面陣列
如何使用公差功能生成隨機的波前差來模擬大氣不均勻性對成像的影響
如何補償該影響引入的像差以得到最優的幾何和衍射點擴散函數
如何使用求解功能簡化系統的設置和調整參數的過程
（聯系我們獲取文章附件）
介紹
在本文介紹的自適應反射光學系統中，反射拋物鏡由多個子反射鏡組成，其中每個子反射鏡可以調整自身的空間位置和旋轉方向來一定程度的矯正像差。特別是對于處在大氣環境中的望遠鏡系統來說，自適應系統可以有效的降低大氣層不均勻性引入的像差。OpticStudio可以在非序列或混合序列模式下模擬自適應反射光學系統。本文將展示如何在序列模式下使用多重結構對該系統進行建模。
下圖兩幅動畫展示了序列模式下自適應光學系統中反射元件的傾斜和偏心：
首先，我們需要在系統輸入波前上引入隨機的波前差來模擬大氣不均勻性對輸入光的影響。其次，我們需要調整每個反射元件的z軸位置以及繞元件中點的旋轉角度，使像面上的像差最小。在下圖給出的2×2報告圖 (2×2 Report Graphic) 中，左上圖描述了系統在輸入波前上引入的隨機像差，它是由蒙特卡洛算法自動生成的隨機波前差。其中，其它圖表動畫對比了不同輸入波前差的情況下，自適應光學系統矯正像差之前和之后的幾何PSF和衍射PSF分析結果。
前提假設和設計目標
對于本文示例系統，我們作如下前提假設：
我們將只模擬望遠鏡的主鏡，即反射拋物面。不考慮望遠鏡系統中的其他元件，例如次級反射鏡等。這主要是為了減少示例的復雜度，但如果需要分析也可以快速添加。
每個子鏡面不會產生形變。這同樣是為了減少示例的復雜度，如需要也可快速添加。
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通過在系統中引入自適應光學系統，可以對激光傳輸時拾取的低頻畸變進行校正，從而顯著提升傳輸激光的Strehl ratio。
概述
Ansys Zemax | 如何模擬自適應光學系統
本文詳細介紹了：</span></p><ul><li><span style="color: rgb(63, 63, 63);">如何通過縮放光闌鏡面的偏心來模擬一組鏡面陣列</span></li><li><span style="color: rgb(63, 63, 63);">如何使用公差功能生成隨機的波前差來模擬大氣不均勻性對成像的影響</span></li><li><span style="color: rgb(63, 63, 63);">如何補償該影響引入的像差以得到最優的幾何和衍射點擴散函數</span></li><li><span style="color: rgb(63, 63, 63);">如何使用求解功能簡化系統的設置和調整參數的過程</span></li></ul><h2><strong style="color: rgb(0, 122, 170);">介紹</strong></h2><p><span style="color: rgb(63, 63, 63);">在本文介紹的自適應反射光學系統中，反射拋物鏡由多個子反射鏡組成，其中每個子反射鏡可以調整自身的空間位置和旋轉方向來一定程度的矯正像差。特別是對于處在大氣環境中的望遠鏡系統來說，自適應系統可以有效的降低大氣層不均勻性引入的像差。OpticStudio可以在非序列或混合序列模式下模擬自適應反射光學系統。本文將展示如何在序列模式下使用多重結構對該系統進行建模。
展開 中科院光電所在固體板條激光器光束凈化研究方面取得進展
中國科學院光電技術研究所自適應光學重點實驗室研究員許冰團隊長期致力于基于自適應光學技術的固體板條激光器光束凈化研究。由于固體板條激光器具有特殊的結構形式與工作方式，與常規自適應光學系統相比，固體板條激光器的自適應光學系統需解決大長寬比光束大幅值低階像差預補償、波前斜率局部異常處理以及高靈活性波前處理等特有問題。許冰團隊突破了低階像差補償器、加權優化波前復原方法以及通用波前處理機等關鍵技術，實現了1.64倍衍射極限的優異光束質量。基于上述技術研制了二十余套自適應光學系統，已服務于國內多家單位研制的固體板條激光系統中，獲得了良好的效果，保障了上述激光系統的光束質量。
校正后的光束遠場強度分布
展開 Nanofabrica宣布推出微米級3D打印技術
Nanofabrica的專利工藝基于數字光處理（DLP），與自適應光學相結合，可實現可重復的微米級分辨率。該工具與一系列傳感器相結合，可實現閉合反饋回路。 Nanofabrica表示，這是自適應光學系統首次應用于3D打印技術。
由ABS制成的微型齒輪，用于噴墨寬幅工業2D打印機。零件尺寸：1.3 x 1.3 x 0.4mm。打印時間：35分鐘，打印層：2微米。
Nanofabrica的3D打印平臺據說能夠在厘米尺寸的零件上實現1微米的分辨率。憑借其50 x 50 x 100 mm的構建體積，它可以在單個構建中輸出數千個零件。為了實現這些目標，已經結合了許多技術。
具體而言，Nanofabrica的AM平臺將自適應光學與半導體行業的技術相結合。通過在半導體和3D打印交叉點工作，Nanofabrica能夠構建具有復雜微細節的大“宏觀”部件。通過引入多分辨率策略，它也可以比其他微型3D打印平臺快100倍。需要精細細節的部件打印速度相對較慢，但在對非精細細節的部分區域，部件的打印速度要快10到100倍。
Nanofabrica成立于2016年，已確定其在光學，半導體，微電子，MEMS，微流體和生命科學領域的AM技術應用。據該公司稱，可能受益的產品包括微電子，微彈簧，微致動器和微傳感器的外殼，以及許多醫療應用，如微型閥門，微型注射器和微型植入或手術設備。
展開 OOFELIE::Multiphysics 連接 Zemax OpticStudio
在各種光學應用中，光學設計必須與熱機械材料相結合。因此，OOFELIE::Multiphysics Solver 自動鏈接到著名的光學設計軟件Zemax OpticStudio使得OOFELIE::Multiphysics和Zemax OpticStudio之間的自動內存數據交換將保證您快速、易于使用和可靠的設計流程。
除了所謂的“STOP”(結構熱光學性能Structural Thermal Optical Performance)分析之外，該集成解決方案還為復雜電光器件(如MOEMS)的設計提供了先進的建模能力，包括其轉向機制和主動/自適應光學。
為了與光學設計軟件ZEMAX的OpticStudio交互，OOFELIE::Multiphysics提供了以下功能：
1、 與ZEMAX的OpticStudio進行自動內存數據交換
2、 簡單的光學CAD導出從ZEMAX的OpticStudio到OOFELIE::UI為進一步的建模
3、 輻照度交換來計算元件的功率損耗
4、 結構變形的表達與ZEMAX的OpticStudio交換
a) 澤尼克多項式的線性組合
b) 作為點的網格
5、 剛體組件的分離
6、 光學問題的自動修正
7、 光學性能指示器的自動檢索
核心功能
亮點
應用領域
1. 集成設計流程
2. 行業標準設計流程
3. Zemax OpticStudio 輻照度圖用于自動計算表面熱流
4. 表面變形導出
5. GRIN:折射率梯度隨溫度的變化
6. 主動光學
7. 氣動光學效應
8.
展開 ICFD自適應網格 ￥100
在某些帶有拉格朗日位移的情況下，保持節點拓撲靠近感興趣的對象可能會很有趣。 這可以節省計算時間并可以提高準確性。 這可以通過定義兩個單獨的體積并通過使用 ICFD_CONTROL_IMPOSED_MOVE 在體積上施加位移來完成。 兩個體積之間的界面隨后由 MESH_INTERF 定義。 同時這與重新劃分網格不兼容。
給了簡單的算例來解釋
Fluent網格自適應功能
網格自適應技術概述
Fluent中的網格自適應技術可以允許我們根據數據計算結果來修改網格梳密布置或網格走向。
1.1 優點
運用自適應法完善網格，在網格中如果你需要可以增加網格單元，這樣使你更精確地計算流場的特性。當你正確地用了網格自適應方法，那得到的網格對流體計算是最優的，因為這方法能確定哪里加入了有更多網格單元。
1.2 使用準則
表面網格必須足夠的好來為表征一些重要的幾何特征。
初始網格應該有足夠多的網格單元來捕獲流場的關鍵特征。
在進行網格自適應前應該是一個合理收斂的結果。
網格自適應技術一般用于計算的中間，算著覺得某個部分不太好，用這個技術提高一下質量，繼續算。
差的自適應操作可能會產生不利的效果。
在進行自適應過程前，建議先建立case文件和data文件。這樣，如果產生不理想的網格，你還可以用保存了的文件來重新開始這過程。
2. 網格自適應技術類型
2.1 邊界自適應（Boundary Cell Registers）
如果在邊界上要求更多的單元，就可以采用邊界自適應來實現。邊界自適應函數允許你在選定的邊界區域附近標記或細化單元。因為流體相互作用常常出現在這些區域，比如在靠近避免的邊界層有很大的速度梯度，所以它可以在靠近一個或多個邊界域進行網格細化。
邊界自適應有三種不同方法:
邊界自適應是根據單元離開邊界的距離來確定單元數目
邊界自適應是在單元離開邊界的垂直距離基礎上
邊界自適應是在目標邊界體積和增長因子的基礎上
可以通過邊界命令的選擇方式，通過cell distance(網格的層數)進行選擇。
展開 基于自適應AUTOSAR的HPC開發
什么是自適應AUTOSAR？自適應AUTOSAR到底是什么東西呢？首先是技術，因為所有的OEM、Tier 1，很多的企業都投入了很多專家研發自適應AUTOSAR。首先是生態，因為所有的OEM、Tier 1和方案供應商都可以針對適合汽車生態系統和工具鏈設計進行協同合作。因為大家都用同樣的工具鏈或者類似的工具鏈，大家都用同樣的語言，大家都用同樣的協議，可以在這個基礎上進行很好的合作。
自適應AUTOSAR是一個聯盟，因為它可以確保聯盟成員知識產權對開放源碼的使用和法律指導。如何去保護這部分知識產權，這方面的源代碼使用過程當中不違反法律準則，自適應AUTOSAR作為一個聯盟都會進行定義。
另外，聯盟當中所有的會員承擔開發或者投資的費用，可以控制風險。
自適應AUTOSAR特性是什么？第一是面向服務的架構，第二是面向服務的通信。跟傳統的通信協議比Ethernet有高帶寬、點對點連接、支持小型嵌入式設備并行處理等特點。自適應AUTOSAR所有的通信都是通過Ethernet協議實現的。
一站式Adaptive AUTOSAR解決方案
接下來介紹一下EB汽車軟件自適應AUTOSAR產品EBcorbos。首先是工具鏈或者開發環境。第一，軟件包或者協議棧、軟件模塊需要對上層應用進行集成。第二，EBcorbos AdaptiveCore中就是軟件模塊和協議棧，包括基于容器的Linux、E corbos Hypervisor等。
工具鏈包含四大塊，第一塊是Model Editor，即模型編輯器，主要提供創建和編輯自適應AUTOSAR編輯文件。第二是C和C++的Editor，本身EB corbos Studio帶有Eclipse C開發工具。
展開 網格自適應技術！
案例三：通過調用U-P（雜交單元）+Nonlinear Adaptive Region解決橡膠大變形
兩個案例對于橡膠問題還是收斂不了，因此在16.0的版本增加了新功能，自適應網格，這個技術對于解決網格損壞很有幫助，并且能提高計算精度，但是局限性也很多，其中主要分為三種準則：energy、box、mesh，這三種對于2D、3D的分析時，名稱似乎不太一致，也有position。
與案例二一樣，插入了U-P雜交單元，然后再插入了Nonlinear Adaptive Region，如下圖所示：
注意：這個功能為16.0以后的新功能，因此15.0之前只能進行Rezone的網格，這項功能可以在help中查看，筆者未研究過，記得大概是通過插入命令流，然后定義網格重新分區的參數。
Mesh Nonlinear Adaptivity的計算原理如下圖所示：
1.設置自適應網格參數
注意：Skewness指的是傾斜度，范圍0<Skewness<1,0為最好，1為最差，當傾斜度超過0.9的時候，就是激活網格自適應選項進行Remesh，Check At可以設置為奇異復發率與等距點，讀者可以自行嘗試設置。
2.求解
結論：求解完成，通過了8次Remesh，進行網格調整，最終有效避免了網格損壞的問題，為以后非線性大變形提供了解決思路。
Remesh的Gif：
另外給你們分享一個關于自適應網格的官方資料，有興趣的讀者可以研究研究，這個技術挺有意思。
展開 自適應網格劃分
自適應網格劃分
