應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射分析的案例
VirtualLab運用：激光晶體中壓力誘導(dǎo)的雙折射
激光系統(tǒng)>晶體模擬
任務(wù)/系統(tǒng)圖解
分析在激光晶體中壓力誘導(dǎo)的雙折射以及其對激光光束傳播的影響，例如偏振中的變化。
亮點
?導(dǎo)入ANSYS壓力分析結(jié)果
?沿光路不均勻
?由壓力到光學雙折射的轉(zhuǎn)換
?完全實現(xiàn)偏振分析
說明：光源
說明：激光晶體
結(jié)果：與低壓力比較
結(jié)果：與高壓力比較
結(jié)果
文檔和技術(shù)信息
工業(yè)透明材料應(yīng)力缺陷難檢測？OAS 軟件應(yīng)力雙折射案例來解決
應(yīng)力雙折射案例分析
簡介
應(yīng)力是物體內(nèi)部力的分布狀態(tài)，反映了物體材料中相鄰部分之間的相互作用力。對于透明各向同性光學元件而言，在應(yīng)力作用下會表現(xiàn)出暫時的雙折射特性，這種特性使得光線在元件內(nèi)部傳播時，會分解為兩束具有不同傳播速度和偏振態(tài)的光線。而當應(yīng)力釋放后，光學元件又會恢復(fù)為各向同性狀態(tài)。在復(fù)雜光學系統(tǒng)中，大量應(yīng)力的存在會顯著影響光學性能，將應(yīng)力雙折射納入偏振光線追跡過程，對于準確模擬其對圖像形成、條紋可見性以及其他關(guān)鍵光學度量的影響具有重要意義。
實驗設(shè)置與操作
光源設(shè)置
本案例采用 OAS 光學軟件進行模擬分析，光源設(shè)定為線偏左旋 45° 的平行光源，該光源特性為后續(xù)的偏振態(tài)分析提供了明確的初始條件。
模型構(gòu)建
在光學系統(tǒng)構(gòu)建方面，著重在面 1 與面 2 之間賦予應(yīng)力雙折射材料，通過精確設(shè)定材料的應(yīng)力參數(shù)與雙折射屬性，構(gòu)建出能夠反映實際應(yīng)力雙折射效應(yīng)的光學模型。該模型的建立基于對材料物理特性的深入研究，確保了模擬結(jié)果的真實性與可靠性。
光線追跡與數(shù)據(jù)獲取
針對設(shè)定的光學系統(tǒng)進行光線傳播路徑的計算。光線從線偏左旋 45° 的平行光源出發(fā)，進入含有應(yīng)力雙折射材料的區(qū)域后，受應(yīng)力雙折射效應(yīng)影響，其偏振態(tài)與傳播特性發(fā)生改變。軟件通過精確的算法對光線在各個光學表面的反射、折射以及偏振態(tài)轉(zhuǎn)換進行計算，完整記錄光線在整個光學系統(tǒng)中的傳播軌跡與偏振態(tài)變化數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供詳實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
展開 從注塑到裝車——應(yīng)力雙折射儀如何護航車載透明件全流程質(zhì)量？
但是通過應(yīng)力雙折設(shè)備的軸方位信息，就可以準確的知道實際的模流方向，就是這么神奇！
當然真正高端的儀器設(shè)備怎么能少數(shù)據(jù)功能，例如PA系列配備的500萬像素的CCD，十秒就可以采集500萬個點的應(yīng)力雙折射數(shù)據(jù)，然后再搭配軟件的分析功能，研發(fā)人員的福音。
精確、高效的產(chǎn)品質(zhì)量控制方案
量產(chǎn)作為產(chǎn)品走向市場的最后一步，雖然有其他設(shè)備進行檢測，不過應(yīng)用于產(chǎn)線卻仍然存在很多問題。
產(chǎn)品缺陷不能及時發(fā)現(xiàn)和解決；
不易用簡單有效的數(shù)字進行良品、不良品判斷等。
國高材分析測試中心率先引入WPA-200設(shè)備，為產(chǎn)業(yè)客戶提供從材料研發(fā)到量產(chǎn)的全鏈條應(yīng)力檢測服務(wù)，解決了許多量產(chǎn)中的痛點。
展開 Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例
1、一個金屬懸臂梁，一端固支，初始溫度20℃，溫度突變到120℃時由于膨脹及邊界約束而產(chǎn)生熱應(yīng)力，進而引起振動，這種振動就是熱誘導(dǎo)振動。
2、熱誘導(dǎo)振動分析的成功應(yīng)用不多見，在哈勃太空望遠鏡曾因熱誘導(dǎo)振動問題而發(fā)生故障。現(xiàn)在對航天器的分析中，熱誘導(dǎo)振動屬于難點和重點。國內(nèi)曾有人對衛(wèi)星天線做過準靜態(tài)熱誘導(dǎo)振動分析，也有人對空間站太陽能電池陣的桅桿做過基于模態(tài)的熱誘導(dǎo)振動分析（可能類似Abaqus中的線性攝動分析）。
3、熱應(yīng)力分析與熱誘導(dǎo)振動分析進行耦合分析，還有難度，問題是多方面的。下面僅就準靜態(tài)非耦合的熱誘導(dǎo)振動分析為例，介紹由熱應(yīng)力引起的振動。
4、懸臂梁材料屬性：
Conductity: 300W/(mK)
Density: 3000kg/m3
Elastic: E=3e10Pa, ν=0.3
Expansion: 3e-5 K-1
Specific Heat: 300J/(kgK)
5、分析結(jié)果
6、詳細步驟
見附件。
Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例-kxh.part4.rar
Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例-kxh.part1.rar
Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例-kxh.part2.rar
Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例-kxh.part3.rar
展開 
Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例
1、一個金屬懸臂梁，一端固支，初始溫度20℃，溫度突變到120℃時由于膨脹及邊界約束而產(chǎn)生熱應(yīng)力，進而引起振動，這種振動就是熱誘導(dǎo)振動。
2、熱誘導(dǎo)振動分析的成功應(yīng)用不多見，在哈勃太空望遠鏡曾因熱誘導(dǎo)振動問題而發(fā)生故障。現(xiàn)在對航天器的分析中，熱誘導(dǎo)振動屬于難點和重點。國內(nèi)曾有人對衛(wèi)星天線做過準靜態(tài)熱誘導(dǎo)振動分析，也有人對空間站太陽能電池陣的桅桿做過基于模態(tài)的熱誘導(dǎo)振動分析（可能類似Abaqus中的線性攝動分析）。
3、熱應(yīng)力分析與熱誘導(dǎo)振動分析進行耦合分析，還有難度，問題是多方面的。下面僅就準靜態(tài)非耦合的熱誘導(dǎo)振動分析為例，介紹由熱應(yīng)力引起的振動。
4、懸臂梁材料屬性：
Conductity: 300W/(mK)
Density: 3000kg/m3
Elastic: E=3e10Pa, ν=0.3
Expansion: 3e-5 K-1
Specific Heat: 300J/(kgK)
詳細步驟
見附件。
Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例-kxh.part4.rar
Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例-kxh.part2.rar
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Abaqus熱應(yīng)力分析、熱誘導(dǎo)振動分析簡單實例-kxh.part1.rar
展開 雙折射材料溫度敏感性分析
本文演示了一個雙折射材料的折射率隨溫度變化而變化腳本。
雙折射簡介：
雙折射（birefringence）是指一條入射光線產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象。
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內(nèi) ；
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內(nèi)；
光軸—晶體中存在的一個特殊方向，光在晶體中沿此方向行進時，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，對于單軸晶體，則o,e光的傳播方向相同，且其傳播速度也相同。
步驟1：創(chuàng)建雙折射材料KDP（磷酸二氫鉀晶體），命名為KDP Baseline。在樹形文件夾中選擇Materials>Create a New Material>Sampled Birefringent and/or Optically Active Material，按照如圖所示的數(shù)據(jù)輸入如下數(shù)值（KDP材料的創(chuàng)建方法請見本文后的備注）。
注意：axis選項為軸向方向，在OXY平面為45°角。
步驟2：復(fù)制KDP BaseLine到Materials樹形文件夾下，具體操作為鼠標左鍵選中KDPBaseline，右鍵選擇Copy，并在Materilas 下選擇paste，并命名為KDP。
步驟3：創(chuàng)建一個折射率隨溫度變化20k后的折射率變化模型，我們利用FRED軟件自帶的VB腳本實現(xiàn)此功能。在樹形文件夾選擇Embedded Scripts，右鍵選擇Create a New Embedded Scrips，注意刪除腳本編輯器里面的所有內(nèi)容，然后粘貼如下的程序到此編輯器中。
步驟4：在腳本編輯器中按下Ctrl +B運行腳本，最后我們觀測KDP材料的折射率變化。
展開 FRED應(yīng)用：雙折射材料溫度敏感性分析
本文演示了一個雙折射材料的折射率隨溫度變化而變化腳本。
雙折射簡介：
雙折射（birefringence）是指一條入射光線產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象。
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內(nèi) ；
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內(nèi)；
光軸—晶體中存在的一個特殊方向，光在晶體中沿此方向行進時，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，對于單軸晶體，則o,e光的傳播方向相同，且其傳播速度也相同。
步驟1：創(chuàng)建雙折射材料KDP（磷酸二氫鉀晶體），命名為KDP Baseline。在樹形文件夾中選擇Materials>Create a New Material>Sampled Birefringent and/or Optically Active Material，按照如圖所示的數(shù)據(jù)輸入如下數(shù)值（KDP材料的創(chuàng)建方法請見本文后的備注）。
注意：axis選項為軸向方向，在OXY平面為45°角。
步驟2：復(fù)制KDP BaseLine到Materials樹形文件夾下，具體操作為鼠標左鍵選中KDPBaseline，右鍵選擇Copy，并在Materilas 下選擇paste，并命名為KDP。
步驟3：創(chuàng)建一個折射率隨溫度變化20k后的折射率變化模型，我們利用FRED軟件自帶的VB腳本實現(xiàn)此功能。在樹形文件夾選擇Embedded Scripts，右鍵選擇Create a New Embedded Scrips，注意刪除腳本編輯器里面的所有內(nèi)容，然后粘貼如下的程序到此編輯器中。
步驟4：在腳本編輯器中按下Ctrl +B運行腳本，最后我們觀測KDP材料的折射率變化。
展開 [分析示例] 使用粗粒化分子動力學進行雙折射分析
粗粒化分子動力學和反向映射計算雙折射性質(zhì)
眾所周知，高分子材料中的大變形會導(dǎo)致定向雙折射。先前的J-OCTA實例已經(jīng)介紹了全原子分子動力學（FAMD）[1]和多尺度方法[2]。
在使用全原子MD時，存在的問題是模擬的時間尺度較短。這會導(dǎo)致變形速率較快，聚合物在變形響應(yīng)中的松弛無法及時完成，從而導(dǎo)致過度定向的狀態(tài)。另一方面，粗粒化分子動力學（CGMD）可應(yīng)用于較長的時間尺度，即變形速度比全原子MD要慢得多。
本文使用J-OCTA中內(nèi)置的粗粒化勢構(gòu)建功能，建立聚碳酸酯（PC）的粗粒化模型。使用粗粒化MD進行單軸拉伸計算，并將其反向映射到全原子模型（圖1）。
在松弛之后，使用J-OCTA的流程函數(shù)進行了雙折射性質(zhì)評估，與[1]中類似。圖2顯示了在拉伸變形下雙折射性質(zhì)的變化：與FAMD相比，CGMD可以處理較慢的變形速度；當速度降低到0.1 m/s時，模擬值與文獻[3]中的實驗值接近。
圖1. （上）使用粗粒化MD計算單軸拉伸的快照
（下） 采用反向映射功能從粗粒化MD結(jié)果獲得的全原子MD分子結(jié)構(gòu)
圖2. 采用全原子MD和粗粒化MD計算雙折射性質(zhì)隨單軸拉伸的變化不同變形速率的結(jié)果
參考文獻
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA06/
[2] (日文版) https://www.jsol-cae.com/product/material/jocta/cases/caseA37/
[3] (日文版) J.
展開 FRED應(yīng)用：雙折射材料溫度敏感性分析
雙折射（birefringence）是指一條入射光線產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象。
雙折射簡介：
目前，F(xiàn)RED溫度敏感性的評價可使用腳本語言實現(xiàn)。本文演示了一個雙折射材料的折射率隨溫度變化而變化腳本。
摘要：
步驟1：創(chuàng)建雙折射材料KDP（磷酸二氫鉀晶體），命名為KDP Baseline。在樹形文件夾中選擇Materials>Create a New Material>Sampled Birefringent and/or Optically Active Material，按照如圖所示的數(shù)據(jù)輸入如下數(shù)值（KDP材料的創(chuàng)建方法請見本文后的備注）。
光軸—晶體中存在的一個特殊方向，光在晶體中沿此方向行進時，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，對于單軸晶體，則o,e光的傳播方向相同，且其傳播速度也相同。
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內(nèi)；
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內(nèi) ；
步驟2：復(fù)制KDP BaseLine到Materials樹形文件夾下，具體操作為鼠標左鍵選中KDPBaseline，右鍵選擇Copy，并在Materilas 下選擇paste，并命名為KDP。
展開 用于仿真和分析激光晶體封裝技術(shù)中誘導(dǎo)應(yīng)力的方法
2.2應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射方法
在激光晶體上產(chǎn)生機械應(yīng)力的同時，產(chǎn)生各向異性密度分布，從而在材料的折射率上產(chǎn)生差異，這是由折射率橢球進行數(shù)學上的定義的 (表示為一個橢圓，用來描述光通過材料的不同速度)[6]。在產(chǎn)生光學各向異性元件內(nèi)行進的不同光速的效果也被稱為雙折射。這種效應(yīng)可以用材料折射率橢球Bij的變化來描述[7]
（1）
其中，i,j=1,2,3。二階張量B(0,ij)代表無應(yīng)力折射率橢球張量，?Bij代表由于誘導(dǎo)應(yīng)力產(chǎn)生折射率橢球變化，它可以表示為
（2）
其中，k,l=1,2,3，愛因斯坦的求和規(guī)則在這里適用。二階張量σkl代表了誘導(dǎo)矢量主應(yīng)力，πijkl是描述每個材料的第四階壓電光學常數(shù)張量。通過方程式(1)和(2)，當某些壓力σkl產(chǎn)生時，我們可以計算折射率橢球張量Bij。然后，可以用下面的關(guān)系式來計算介電常數(shù)張量?ij
（3）
得到的結(jié)果?ij來進行晶體的后續(xù)光學仿真。方程式(1)-(3)在任何坐標系中都成立。然而，需要強調(diào)，應(yīng)用每個方程式的張量時，要用同一坐標系表示。由于晶體材料的對稱性，在晶體坐標系中就很容易描述它們的性質(zhì)，例如，壓電光學張量πijkl通常只在這樣的系統(tǒng)參考書目中給出[6]。另一方面，在實驗室坐標系中，通過實際的晶體幾何結(jié)構(gòu)可以便捷描述應(yīng)力σij，為了后續(xù)的光學模擬，需要給出介電常數(shù)?ij。更嚴格的，我們首先定義兩個笛卡爾坐標系統(tǒng)x-y-z和x，-y，-z，分別代表實驗室和晶體坐標系統(tǒng)，[aij]作為從實驗室到晶體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換矩陣。因為應(yīng)力通常在實驗室系統(tǒng)中用x，y，z來描述，壓電張量通常是在晶體坐標系中用x，y，z，給出。為了使用公式(2)，這兩個量必須在相同的坐標系中表示。為了簡易，將二階應(yīng)力張量轉(zhuǎn)換到晶體系統(tǒng)，而不是轉(zhuǎn)換四階壓電張量。
展開 醫(yī)療領(lǐng)域雙折射效應(yīng)分析遇瓶頸？OAS 光學軟件開辟新徑
（Maltese測試儀的三維追跡圖）
（Maltese測試儀的探測器結(jié)果圖）
（Maltese測試儀的分析平面偏振圖）
總結(jié)
這種清晰的干涉圖樣直觀地展示了雙折射效應(yīng)在特定光學系統(tǒng)下的表現(xiàn)結(jié)果，與理論預(yù)期相符，驗證了所構(gòu)建光學系統(tǒng)以及 OAS 光學軟件仿真計算的準確性。通過對該干涉圖樣的分析，能夠深入研究雙折射樣本的光學特性，為相關(guān)科學研究與實際應(yīng)用提供有力的光學分析數(shù)據(jù)支持。
標準具和晶體中的電磁場傳輸算法
利用SPW分析并將以方程（10）的形式概括的結(jié)果，以為后續(xù)的數(shù)值實現(xiàn)做準備。我們清楚地討論了在很多實際問題中會遇到的采樣問題，此外，我們提出了一種數(shù)值測試算法，以更有效地在角譜域確定采樣參數(shù)。通過標準具的案例，我們詳細地描述了我們的算法的工作流程，顯示了我們方法的一般有效性。此方法已經(jīng)成功地應(yīng)用到了對激光晶體封裝技術(shù)中的應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射的分析[46]。
致謝
我們感謝Olga Baladron-Zorita女士對此文章的校正以及其日常的幫助。
