激光通信的案例
激光雷達超遠距離測距技術
摘 要
針對超遠距離多功能交會對接激光雷達需求，開展基于非相干測距技術的遠距離激光測距通信一體化模塊研制，在不改變原有雷達主機架構和信號體制下，實現(xiàn)對遠距離高動態(tài)合作目標的通信測距功能。推導出測距原理，對動態(tài)、時鐘性能等因素產(chǎn)生的測距誤差進行理論分析，給出速度、時鐘性能對測距誤差的影響公式。得出在高動態(tài)環(huán)境下，相對速度與測距周期、雙方鐘差共同作用產(chǎn)生測距系統(tǒng)誤差，且速度越大系統(tǒng)誤差越大的結論。設計測距通信一體化演示驗證平臺，完成測距通信算法的軟硬件評估，實測結果與理論推導相符，為后續(xù)新體制激光雷達原理樣機研制奠定技術基礎。
引 言
掌握航天器交會對接技術是一個國家建立長期無人在軌運行、短期有人照料的載人空間試驗平臺的首要任務?？臻g交會對接中，測量手段通常有微波雷達、GPS導航定位技術、光學成像敏感器和激光雷達。其中，激光雷達具有波束窄、分辨率高、體積小、質量輕、精度高等優(yōu)點，空間交會對接激光雷達由主機、信息處理機及合作目標組成。合作目標由多個角錐棱鏡所組成的反射器陣列。由于體積功耗的限制，基于反射器合作目標體制的交會對接雷達作用距離受限，在需要超遠距離進行激光交會對接場合必須尋求新激光雷達體制。
激光通信測距一體化技術已發(fā)展的較為成熟，在激光通信的同時實現(xiàn)雙終端間距離和時鐘之間的時差測量。2009年，俄羅斯在GLONASS-K導航衛(wèi)星上搭載了測距通信激光通信終端，實現(xiàn)了5.5萬千米雙星間的測距通信，測距精度達到了3cm。2013年9月，美國宇航局完成月地之間激光鏈路建立，實現(xiàn)下行622 Mbit/s、上行20Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，測距精度為3cm。當前，常用的測距方案有基于雙向單程測量技術和基于多普勒技術兩種。在我國北斗三號衛(wèi)星激光通信終端及其他編隊飛行器設計中采用了雙向單程的星間測距方案。
展開 GLAD：大氣像差與自適應光學
概述
激光在大氣湍流中傳輸時會拾取大氣湍流導致的相位畸變，特別是在長距離傳輸?shù)?em>激光通信系統(tǒng)中。這種畸變會使傳輸激光的波前劣化。通過在系統(tǒng)中引入自適應光學系統(tǒng)，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(tǒng)示意圖系統(tǒng)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(shù)， f是空間頻率，L0是外部尺寸， Li是內部尺寸，這些參數(shù)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(shù)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(tǒng)后，經(jīng)過大氣傳輸?shù)?em>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(jīng)過大氣傳輸?shù)?em>激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.04
圖3.經(jīng)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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概述
激光在大氣湍流中傳輸時會拾取大氣湍流導致的相位畸變，特別是在長距離傳輸?shù)?em>激光通信系統(tǒng)中。這種畸變會使傳輸激光的波前劣化。通過在系統(tǒng)中引入自適應光學系統(tǒng)，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(tǒng)示意圖
系統(tǒng)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(shù)，f是空間頻率，L0是外部尺寸，Li是內部尺寸，這些參數(shù)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(shù)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(tǒng)后，經(jīng)過大氣傳輸?shù)?em>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(jīng)過大氣傳輸?shù)?em>激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.04
圖3經(jīng)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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概述
激光在大氣湍流中傳輸時會拾取大氣湍流導致的相位畸變，特別是在長距離傳輸?shù)?em>激光通信系統(tǒng)中。這種畸變會使傳輸激光的波前劣化。通過在系統(tǒng)中引入自適應光學系統(tǒng)，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(tǒng)示意圖
系統(tǒng)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(shù)，f是空間頻率，L0是外部尺寸，Li是內部尺寸，這些參數(shù)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(shù)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(tǒng)后，經(jīng)過大氣傳輸?shù)?em>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(jīng)過大氣傳輸?shù)?em>激光波前分布，此時對應的Strehl ratio為0.04
圖3經(jīng)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 
水下無人系統(tǒng)智能化關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀
2014年，姚燦設計了基于開關鍵控（ON-OFF Keying，OOK）調制的水下實時光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)在串口速率為9600 bps時，傳輸距離可達27 m［11］。2018年王培林等采用448 nm藍光作為光源，實現(xiàn)了25 Mbps傳輸速率，10 m傳輸距離的低成本OOK水下光通信系統(tǒng)［12］。
水下激光通信具有傳輸碼率高、安全性高、抗干擾性強、傳輸延遲短等優(yōu)點，但距離實用化還有一定距離。激光與海水中物質間相互作用會產(chǎn)生復雜效應。海水中的水分子、浮游植物和巖屑會不同程度地對激光產(chǎn)生吸收效應和散射效應，限制信號的傳輸距離及性能；海水介質折射率的變化，會使水下激光通信信道表現(xiàn)出湍流效應［13］，強湍流效應會導致通信系統(tǒng)能力惡化。水下激光通信傳輸需要直線對準，具有極強的方向性，通信時必須知道目標的大致位置，通信距離較短。
未來對水下激光通信的需求應當是高保密、高速率、低時延、大容量的。水下激光通信的發(fā)展趨勢包括：在保證傳輸性能的基礎上添加有效的加密算法，發(fā)展安全性更高的水下激光通信系統(tǒng)；結合水聲通信與激光通信的優(yōu)點，發(fā)展混合聲光通信系統(tǒng)；提高通信容量和速率，發(fā)展實時水下激光通信系統(tǒng)。
2.3 水下-空中跨介質通信技術
借助水下無人平臺、水面浮標、岸基等通信資源，通過節(jié)點間的相互通信，構建多平臺、網(wǎng)絡化的通信系統(tǒng)，從而實現(xiàn)UUS?？仗烊灰惑w協(xié)同工作。其中，水聲組網(wǎng)通信技術、水下中繼水聲通信技術和水下-水面-空中一體化中繼通信技術亟待突破。由于通信節(jié)點的網(wǎng)絡覆蓋范圍是有限的，限制了通信距離和靈活性，促使新型跨介質通信技術的發(fā)展，如水下中微子通信［14］、引力波通信［15］和水下量子通信［16］等技術等。
展開 Zemax案例 | 一種低波前差變倍擴束系統(tǒng)的設計
基于雙膠合透鏡的低波前差變倍擴束系統(tǒng)設計
激光擴束系統(tǒng)作為激光技術的核心支撐設備，在激光雷達、激光通信、全息攝影、空間探測等領域發(fā)揮著不可替代的作用。它通過壓縮激光發(fā)散角、調整光斑尺寸，解決了激光器固有物理特性導致的“傳輸距離有限”“適配性不足”等問題。然而，傳統(tǒng)擴束系統(tǒng)常面臨“變倍靈活性差”“像差控制難”“波前質量低”等問題，難以滿足高精度場景需求。
近日，華中科技大學張學明組成功設計了基于雙膠合透鏡的低波前差變倍擴束系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)采用機械補償式三組元結構，以BK7與F2玻璃雙膠合透鏡組為核心，通過Zemax軟件仿真優(yōu)化，實現(xiàn)了2~6.4×的連續(xù)變倍擴束，系統(tǒng)總長控制在250mm內，光程差僅0.1波長左右，各項性能指標達到行業(yè)先進水平，為激光技術高精度應用提供了全新解決方案。
激光變倍擴束的技術痛點與行業(yè)需求
激光技術的廣泛應用，對擴束系統(tǒng)提出了更高要求：一方面，激光器天然存在發(fā)散角，需通過擴束壓縮以實現(xiàn)遠距離傳輸（如激光通信需大口徑光束保證接收功率）；另一方面，不同場景（如激光測距、空間探測）對光斑尺寸的需求差異大，連續(xù)變倍擴束成為核心技術訴求。
當前主流擴束系統(tǒng)分為透射式與反射式兩類[2]：
透射式系統(tǒng)：隨口徑增大需復雜結構校正色差，體積大、靈活性差；反射式系統(tǒng)：雖能避免色差，但存在遮擋問題，影響激光發(fā)射效率。
此外，市面多數(shù)產(chǎn)品或固定擴束比（如單一2×或6×），或變倍范圍窄、波前差大，難以兼顧“高精度”與“緊湊性”。
展開 ACS Photonic封面文章：首個基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片
此外，由于光開關陣列同時可以實現(xiàn)任意比例的光功率分配，因此可以選擇性地點亮某些光柵輻射器，實現(xiàn)如圖3d所示的激光投影功能。
圖3. 電光式焦平面陣列的(a)輸出光斑質量，(b)光束掃描點圖，(c)波長輔助補盲，(d)激光掃描功能
應用領域：空間光束掃描、激光通信、激光雷達、激光投影、激光測量
西北工業(yè)大學團隊借助薄膜鈮酸鋰優(yōu)異的電光性能首次實現(xiàn)了電光式焦平面陣列光束掃描芯片，其速度和能耗等性能相比現(xiàn)有熱光式焦平面陣列提升了兩個數(shù)量級。
項目團隊開發(fā)的焦平面陣列掃描芯片在掃描光束質量和掃描角控制等方面具備顯著優(yōu)勢。例如：該方案可以產(chǎn)生圓形的、無旁瓣、發(fā)散角較小的掃描光束，光斑質量更好?；诒∧も壦徜嚨慕蛊矫骊嚵袃H需在相應的選通路徑上施加驅動電壓，可以用數(shù)字電壓信號進行驅動，而無需控制所有通道，也無需相位校準，控制復雜度大幅簡化。該方案無需波長調節(jié)即可實現(xiàn)二維光束掃描，在二維光束掃描方面更具優(yōu)勢。
基于電光式焦平面陣列掃描芯片在空間激光通信、遠距離激光掃描與測量、激光投影等應用領域具有應用前景。通過集成大規(guī)模光柵輻射器陣列，可以提升掃描范圍并提高掃描精度，有望在更多領域獲得實際應用。
論文鏈接地址： https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsphotonics.5c00188
展開 ACS Photonic封面文章：首個基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片
此外，由于光開關陣列同時可以實現(xiàn)任意比例的光功率分配，因此可以選擇性地點亮某些光柵輻射器，實現(xiàn)如圖3d所示的激光投影功能。
圖3. 電光式焦平面陣列的(a)輸出光斑質量，(b)光束掃描點圖，(c)波長輔助補盲，(d)激光掃描功能
應用領域：空間光束掃描、激光通信、激光雷達、激光投影、激光測量
西北工業(yè)大學團隊借助薄膜鈮酸鋰優(yōu)異的電光性能首次實現(xiàn)了電光式焦平面陣列光束掃描芯片，其速度和能耗等性能相比現(xiàn)有熱光式焦平面陣列提升了兩個數(shù)量級。
項目團隊開發(fā)的焦平面陣列掃描芯片在掃描光束質量和掃描角控制等方面具備顯著優(yōu)勢。例如：該方案可以產(chǎn)生圓形的、無旁瓣、發(fā)散角較小的掃描光束，光斑質量更好?；诒∧も壦徜嚨慕蛊矫骊嚵袃H需在相應的選通路徑上施加驅動電壓，可以用數(shù)字電壓信號進行驅動，而無需控制所有通道，也無需相位校準，控制復雜度大幅簡化。該方案無需波長調節(jié)即可實現(xiàn)二維光束掃描，在二維光束掃描方面更具優(yōu)勢。
基于電光式焦平面陣列掃描芯片在空間激光通信、遠距離激光掃描與測量、激光投影等應用領域具有應用前景。通過集成大規(guī)模光柵輻射器陣列，可以提升掃描范圍并提高掃描精度，有望在更多領域獲得實際應用。
論文鏈接地址：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsphotonics.5c00188
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激光在大氣湍流中傳輸時會拾取大氣湍流導致的相位畸變，特別是在長距離傳輸?shù)?em>激光通信系統(tǒng)中。這種畸變會使傳輸激光的波前劣化。通過在系統(tǒng)中引入自適應光學系統(tǒng)，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
衛(wèi)星、聲波、二進制……水下通信究竟有哪些可能？
那么，潛艇在通信的時候采用長波就成為了比較可行的辦法之一。長波的優(yōu)勢是其可以深入到水中20米左右的深度，而經(jīng)過一系列的配套設施建設，長波的通信距離可達上千公里、深度超過百米。這樣對潛艇在通信時保持安全性是有很大的作用的。
但長波也有長波的問題。要想實現(xiàn)上千公里的潛艇通信，對發(fā)信設施的要求是非常高的。一般的長波通信天線可長達數(shù)百米，而美國為了進行超長波通信，建設了兩個距離超過200公里的發(fā)信基站，天線總長達到了135公里。這個長波電臺的輻射范圍約7000-8000公里，深度達到110，可以說是相當強悍了。
那么，陸地有條件建設這種東西給潛艇發(fā)信號，但要想讓潛艇也這么做，看起來顯然是不現(xiàn)實的。一邊游弋一邊拖個幾百米的大尾巴，怎么想怎么覺得太滑稽。
這種聽起來原始而麻煩的水中通信解決方案，正體現(xiàn)了水下通信的難度。但技術不能總是原地徘徊，在各種需求不斷提升過程中，水下通信的方案也越來越多地被提了出來。
從衛(wèi)星到二進制：為了更迅捷的水下通信
1977年，美國為了應對潛艇通信問題，提出了以衛(wèi)星和藍綠激光為手段的技術方案。
藍綠光通信屬于激光通信的一種，而海水對這種藍綠波段的可見光吸收是很小的，因此藍綠光在海水中具有極強的穿透力。不僅如此，藍綠光對產(chǎn)生極端天氣的云層等都有很強的穿透力，再加上光束的方向確定性，其成為了海洋激光通信的絕佳載體。
美國海軍提出的計劃就是，在確定潛艇位置之后，利用衛(wèi)星向其發(fā)送藍綠光，由此建立起潛艇、衛(wèi)星、指揮中樞三位一體的通信結構。并且，為了不占用原有的微型資源，其還要向太空中發(fā)射專用的藍綠光通信衛(wèi)星。然而該計劃在八九十年代興起了一陣之后，漸漸沒有了聲息。或許我們可以將其看做冷戰(zhàn)期間技術比拼的產(chǎn)物，因此隨著冷戰(zhàn)的結束，軍事威脅降低，發(fā)射衛(wèi)星這么大的動作也就被暫時擱置了。
展開 智芯研報 | 天地一體化信息網(wǎng)絡，下一代通信技術賽點
硬核科技及器件的合理降級運用是成功重要因素
根據(jù)馬斯克提交美國聯(lián)邦通信委員會的公開資料顯示，五大高精尖黑科技將應用于衛(wèi)星和火箭制造，空天與地面通信等領域，技術加持之下產(chǎn)業(yè)注入更強動力。
(1)通信系統(tǒng)：星間鏈路激光通信是SpaceX保密層級最高的核心技術，有望大幅提升空天與地面數(shù)據(jù)傳輸速率。SpaceX提交FCC的公開文件里披露了衛(wèi)星性能、覆蓋分析、干擾分析，碰撞風險等多維度信息，但相關細節(jié)并未進一步展示。
衛(wèi)星+互聯(lián)網(wǎng)（5G/6G）大背景下，此前Mb/s級別數(shù)據(jù)傳輸速率已無法承載，需大幅提升至10-100Gb/s級別。激光通信作為此背景下的關鍵技術之一，其高頻率、寬頻帶的獨特性能，單通道的數(shù)據(jù)傳輸達20Gb/s以上，隨著波分復用等技術的研發(fā)進步通信容量仍有廣闊上升空間。
激光結合IP-less協(xié)議拉動通信速率飛速升級的同時，相關配套軟硬件實現(xiàn)更新?lián)Q代。IP-less協(xié)議中，萬余顆衛(wèi)星各自作為服務端的去中心化P2P通信架構與區(qū)塊鏈技術極度吻合，激光通信在這一架構中，借助半導體激光器的超小的外形體積、極高的轉換效率、結構簡單等優(yōu)點，其發(fā)射和接收望遠鏡口徑更小、重量更輕、通信質量更高。我國由于起步較晚，目前在空間激光通信領域與歐美、日本等國際領先水平存在一定差距。
(2)推進系統(tǒng)：Starlink首次采用氪離子推進系統(tǒng)，優(yōu)異性能助力商業(yè)航天高水平發(fā)展。一顆Starlink衛(wèi)星配備4臺霍爾離子電推，該技術推力小、比沖高。
相比傳統(tǒng)的化學推進方式，離子推力器工質質量小，在已實用化的推進技術中最為適合長距離航行。
相比氧化化合物的推進劑，離子推進劑質量更輕，這對于極致追求發(fā)射成本和在軌成本的商業(yè)航天至關重要，也對美國的航天工業(yè)產(chǎn)能提出了挑戰(zhàn)，有報道稱6次發(fā)射360顆衛(wèi)星所需的1440臺霍爾電推已超過美國航天工業(yè)一年的產(chǎn)能。
展開 
光束準直受偏振影響效率低？OAS角錐回射器案例來破局
角錐回射器廣泛應用于精確距離測量、增強夜間可見性、激光通信、光束準直和反射實驗等場景。本案例借助 OAS 光學軟件，深入研究角錐回射器對偏振光的影響，探索其在偏振光處理領域的特性。
案例設置與操作
模型構建
在 OAS 光學軟件中，首先利用其元件庫創(chuàng)建角錐回射器模型。根據(jù)實際應用需求，設定角錐回射器的尺寸參數(shù)，包括反射面的邊長和角度等。同時，選擇合適的材料和反射膜參數(shù)，確保模型能夠準確反映實際器件的光學特性。接著，創(chuàng)建一個線偏左旋 90° 的平行光源。在軟件中精確設置光源的偏振態(tài)、波長、光束直徑等參數(shù)，使光源符合實驗要求。將光源與角錐回射器按照實際光學系統(tǒng)的布局進行裝配，完成整個光學模型的搭建。
參數(shù)配置
設定光線追跡的精度，確保光線在傳播過程中的每一次反射和折射都能被精確計算。選擇合適的波長范圍進行仿真，考慮到角錐回射器在不同波長下的光學性能可能存在差異，本案例選取了常見的可見光波長范圍。同時，設置光線的數(shù)量，足夠多的光線可以更全面地反映光的傳播特性，但也會增加計算量，經(jīng)過權衡，確定了合適的光線數(shù)量以平衡計算精度和效率。
仿真運行與結果觀察
OAS 軟件通過光線追跡算法模擬光線在角錐回射器和光源組成的光學系統(tǒng)中的傳播過程。在仿真過程中，可以實時觀察光線的傳播路徑和偏振狀態(tài)變化。仿真結束后，軟件生成詳細的結果數(shù)據(jù)和可視化圖像。通過分析結果數(shù)據(jù)，獲取光線在經(jīng)過角錐回射器前后的偏振態(tài)參數(shù)變化，如偏振方向、偏振度等。同時，觀察可視化圖像，直觀地了解光線的傳播軌跡和偏振狀態(tài)分布情況。
展開 SigFit—光-機-熱耦合分析工具
目前，SigFit已廣泛應用于成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等高精密光學產(chǎn)品的研發(fā)。
產(chǎn)品介紹
基本功能
? 面型擬合：將熱與機械分析得到的溫度、應力及面形變化等分析結果導入SigFit，通過多項式擬合或插值，轉換為光學分析軟件可以讀取的格式，直接在光學分析軟件中考慮系統(tǒng)受到外界熱、機械作用后的光學性能變化。
高級功能
? 主動控制：分析光學面形RMS值隨激勵源數(shù)目的變化關系，分析如何布置激勵源使光學表面RMS值盡可能小，為施加激勵源的位置和大小提供參考；根據(jù)一定約束自動優(yōu)化、計算施加激勵源的位置。
? 動態(tài)響應：基于有限元固有頻率分析結果，通過用戶在SigFit中指定的激勵載荷和阻尼等計算，面形由于諧波振動/隨機振動/瞬態(tài)載荷引起的剛體位移、曲率變化、RMS誤差、傳遞函數(shù)變化、LOS晃動及各階模態(tài)對RMS的影響。該模塊可幫助用戶將機械振動與光學性能分析指標聯(lián)系起來，對于光學透鏡組有重要的意義，可預測不同工況下對光學成像鏡頭組成像影響較大的模態(tài)，為設計提供參考，有效提升光機系統(tǒng)環(huán)境適應性。
? 設計優(yōu)化：將光學表面的Zernike系數(shù)、面形RMS值、PV值等參數(shù)轉變?yōu)橛邢拊浖袷降姆匠?，利用有限元軟件的?yōu)化求解器對光學表面的面形、支撐結構、材料參數(shù)等進行優(yōu)化，獲得理想的光學系統(tǒng)設計方案。該模塊使得用戶可以在考慮光學性能的前提下調用Nastran求解器進行優(yōu)化，對于光學成像鏡頭組，可實現(xiàn)系統(tǒng)的多學科綜合優(yōu)化，能有效提升產(chǎn)品綜合性能。
? 光程差分析：包括熱光分析，應力光學分析及氣動光學分析三大類。
展開 SigFit—光-機-熱耦合分析工具
目前，SigFit已廣泛應用于成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等高精密光學產(chǎn)品的研發(fā)。
產(chǎn)品介紹
? 基本功能
? 面形擬合：
將熱與機械分析得到的溫度、應力及面形變化等分析結果導入SigFit，通過多項式擬合或插值，轉換為光學分析軟件可以讀取的格式，直接在光學分析軟件中考慮系統(tǒng)受到外界熱、機械作用后的光學性能變化。
▼多項式擬合：將多種輸入格式的數(shù)據(jù)擬合為多項式，擬合類型包括標準和邊緣Zernike多項式、非球面多項式、XY多項式等九種格式；
▼表面變形插值：將光學測試的試驗數(shù)據(jù)或有限元仿真的網(wǎng)格數(shù)據(jù)插值為一個數(shù)組或者另一種網(wǎng)格結果，以用于仿真預測結果與光學測試結果的對比，或用于擬合Zernike多項式無法準確描述的光學表面變形。
該模塊可以很好地解決光學成像鏡頭組在不同學科間數(shù)據(jù)傳遞的難題。
? 高級功能
? 主動控制：
分析光學面形RMS值隨激勵源數(shù)目的變化關系，分析如何布置激勵源使光學表面RMS值盡可能小，為施加激勵源的位置和大小提供參考；根據(jù)一定約束自動優(yōu)化、計算施加激勵源的位置。
? 動態(tài)響應：
基于有限元固有頻率分析結果、通過用戶在SigFit中指定的激勵載荷和阻尼等計算面形由于諧波振動/隨機振動/瞬態(tài)載荷引起的剛體位移、曲率變化、RMS誤差、傳遞函數(shù)變化、LOS晃動及各階模態(tài)對RMS的影響等。
該模塊可幫助用戶將機械振動與光學性能分析指標聯(lián)系起來，對于光學透鏡組有重要的意義，可預測不同工況下對光學成像鏡頭組成像影響較大的模態(tài)，為設計提供參考，有效提升光機系統(tǒng)環(huán)境適應性。
展開 Ansys宣布收購Zemax，光學戰(zhàn)略布局再度強化！
方向三：光機熱跨學科聯(lián)合仿真
在以往，成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等產(chǎn)品的研發(fā)中都有對光機熱跨學科仿真的需求，一旦收購后Zemax接入到Ansys Workbench當中，這種綜合全面的解決方案能夠簡化工作流程，使光電、光學、機械和制造工程師之間的溝通更加順暢，從而幫助用戶更快地開發(fā)出最佳設計。例如汽車頭燈的聯(lián)合仿真、光學鏡頭的溫漂對成像結果影響的仿真、光機系統(tǒng)的雜散光仿真都會到達一個前所未有的新高度。
出色的優(yōu)化能力
光學仿真中的優(yōu)化是研發(fā)流程中削減成本、縮短設計周期非常關鍵的環(huán)節(jié)。在成像光學中大體的思路為通過改變系統(tǒng)參數(shù)值，使評價函數(shù)減小，從而提高系統(tǒng)性能。但是無論采用哪種算法，例如 Damped Least Square（DLS）、Orthogonal Descent（OD）、還是Genetic Algorithm（GA）都有它自身的局限性。
作為一種靈活、用戶友好型的專業(yè)優(yōu)化軟件工具，Ansys optiSLang利用優(yōu)秀的算法，配合最佳元模型(MOP)方法，可以幫助光學用戶有效解決具有挑戰(zhàn)性的RDO任務。
截至目前optiSLang與Speos、Lumerical、Zemax都有過產(chǎn)品優(yōu)化的成功經(jīng)驗。因此我們有理由相信，這一方式會得到廣泛的應用。
機遇與挑戰(zhàn)
筆者認為，無論是Speos、Lumerical還是Zemax，在其單獨分領域都有著非常輝煌的過去。Ansys需要思考的問題是，如何巧妙的把這些以往相對獨立的軟件在共同的平臺上實現(xiàn)快速整合，同時發(fā)揮每個產(chǎn)品的長處，增加用戶粘性，最終實現(xiàn)共贏。
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