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(a) 表面反射光柵 (b) 體積全像光柵 圖1(b)所示的VHG是通過在感光材料薄膜上曝光兩個或多個光束來製造。然後將薄膜進行化學或熱顯影：這就是光柵。光柵上的表面是光滑的，但光柵內部的折射率是正弦調變的。為了對VHG進行建模，需要使用高效的Kogelnik理論或嚴格耦合波分析（RCWA）等算法。

在航空航天工業領域中，立方體衛星（CubeSats）已然是一種低成本、易制造的航天光學系統的解決方案。通過制造一組更小、更實惠的系統，使得為航天產品開發生產線方法成為可能。 立方體衛星光學系統的制造商們需要一個準確并可靠的方法來開發光學設計和對系統進行光機械封裝，以及對系統在軌時的結構和熱影響進行建模分析。

本博客系列闡述了如何使用Ansys Zemax軟件將立方體衛星從最初的光學設計轉變為光機械封裝，以便進行光機熱耦合系統性能（STOP）分析。 在設計了光學系統后，可以對有效載荷的光機械進行建模。通過Creo Parametric中的Ansys Zemax OpticsBuilder，將光學模型導出到計算機輔助設計（CAD）環境的過程變得簡化而直觀。

（聯系我們獲取文章附件） 在 Ansys Mechanical 中為 FEA 做準備 在 OpticsBuilder 中完成光機械結構設計后，現在可以將完整的立方體衛星模型導入 Ansys 軟件，為有限元分析做準備。首先，將幾何結構以 STEP 文件格式從 Creo 導出到 3D 建模軟件 Ansys SpaceClaim。

由此導致的光學性能的下降可以在之后的建模步驟中使用 FEA 分析和 OpticStudio STAR 模塊進行模擬評估。 對于太空有效載荷，雜散光的影響也是需要著重考慮的，我們可以在光機結構中加入擋板以減少雜散光。但是在本設計中，我們假設立方體衛星的太陽能電池板可以保護探測器免受大多數雜散光的影響，從而簡化了設計。 此外，光機結構對光線路徑的影響也是必須要考慮的。

立方體衛星光學系統制造商需要一種準確可靠的方法來開發光學設計，實現系統的光機械封裝，以及對進入軌道的系統所面臨的結構和熱影響進行建模。本系列文章將介紹如何使用Ansys軟件套件實現立方體衛星系統的高級開發。我們將詳細說明集成的軟件工具集如何簡化設計和分析工作流程。 幾十年來，光學系統一直被開發用于低軌道、中軌道和高軌道的應用。

逐漸變窄的截面類型可以被所有的標準梁截面（甚至用戶自定義）所使用，讓其在建模具有復雜和變截面幾何的結構時，成為一種有力和靈活的工具。 立方插值選項可以讓BEAM188單元在具有很少的網格下也能產生和線性插值選項差不多精確的效果，在單元內部具有部分分布或者指向載荷時，也需要使用立方插值。

建模任務連接建模技術：亞波長狹縫與表面相互作用的現有建模技術：由于穿過狹縫的倏逝波是這種光路的基礎，因此需要選擇一種將其考慮在內的建模技術。我們選擇了嚴格的 S 矩陣/層矩陣算法（專門針對 x、y 不變的層狀結構開發，完美地描述了本系統中的狹縫）。

建模任務連接建模技術：亞波長狹縫與表面相互作用的現有建模技術：由于穿過狹縫的倏逝波是這種光路的基礎，因此需要選擇一種將其考慮在內的建模技術。我們選擇了嚴格的 S 矩陣/層矩陣算法（專門針對 x、y 不變的層狀結構開發，完美地描述了本系統中的狹縫）。

在 OpticStudio 中對此設置進行建模的最簡單方法之一是使用陣列物件 (array object)。提供的範例，選擇了 Lenslet Array 1 物件， 它由矩形體陣列組成，每個矩形體的前表面為平面，後表面為使用者自訂數目的重複曲面。後表面可以是平面、球面、圓錐面、多項式非球面或環形表面。這使得陣列中透鏡元件表面形狀的定義和優化具有了極大的靈活性。

這個軟件畫網格功能很強大，但是建模用起來會很不方便，只適合非常簡單的模型，比如二維矩形、三維立方體、圓柱擾流等，使用ICEM CFD軟件建模之后，就可以直接在里面畫網格了。

更簡單的建模和更簡潔的模型文件1. 動態的對象類型動態對象類型現在用作創建新對象時的默認設置。新的通用點、曲線和曲面對象類型允許用戶在對象生成后選擇創建方法，并將提示哪種方法最適合指定的建模任務。用戶還可以在模型構建完成后靈活地更改創建方法，而不會破壞相關性關系。不再需要了解所有對象類型及其各自的屬性并預先決定采用哪種建模方法。2.

考慮到該研究將幾何建模和網格生成置于自主可靠的CFD模擬的中心位置，這些技術領域的進步對于實現愿景至關重要。 網格生成 固定網格是一種使用預定義的網格單元來覆蓋整個模擬區域的方法，這些網格單元通常是正方形或立方體。該方法的優點是簡單易懂，容易實現和優化。但是，固定網格可能需要大量的網格單元才能表示具有復雜形狀的模型，這會導致計算和存儲成本的增加。

考慮到該研究將幾何建模和網格生成置于自主可靠的CFD模擬的中心位置，這些技術領域的進步對于實現愿景至關重要。 網格生成 固定網格是一種使用預定義的網格單元來覆蓋整個模擬區域的方法，這些網格單元通常是正方形或立方體。該方法的優點是簡單易懂，容易實現和優化。但是，固定網格可能需要大量的網格單元才能表示具有復雜形狀的模型，這會導致計算和存儲成本的增加。

所需的設計和製造方法可能會有所不同，具體取決於微結構的類型。參考文獻[5]顯示了根據給定的相位輪廓生成閃耀光柵的範例。它還討論了單點金剛石車床的製造。可以在我們的知識庫文章中找到用於生成閃耀光柵的巨集:如何使用巨集計算繞射光學元件的垂度。或者，參考文獻[3]顯示了如何使用Lumerical FDTD軟體為給定的相位曲線設計超穎透鏡。這種方法的缺點是設計人員可能無法檢查整個系統的性能。

在輻射傳熱建模系列文章的前兩篇中，我們已經討論了發射、反射和透射建模，今天我們將通過介紹角系數的概念，以及計算表面與表面之間輻射傳熱的各種方法，來完成輻射傳熱建模基礎知識的學習。快速了解角系數考慮兩個薄且扁平的物體，如下圖所示。假設紅外輻射 (IR) 光可以在這些表面周圍的空間自由傳播。這在真空中是成立的，并且在空氣以及許多其他室溫氣體下也是合理的。

更多相關信息：層矩陣[S-矩陣]系統概述 (光線結果概述：3D系統)間隙厚度分析在一個基于FTIR的立方體分光鏡中，反射率和透射率的比率在很大程度上取決于棱鏡之間的間隙厚度。在這個例子中，這種影響是在0納米和500納米之間的厚度范圍內進行研究的。參考文獻：Chang Chien et al.

建模任務 連接建模技術：亞波長狹縫 與表面相互作用的現有建模技術： 由于穿過狹縫的倏逝波是這種光路的基礎，因此需要選擇一種將其考慮在內的建模技術。

這樣做的原因是，分層介質組件的S矩陣求解器考慮到了倏逝波，從而能夠對FTIR等效應進行建模。更多關于分層介質組件的信息在下面： 分層的介質成分 層矩陣求解器 分層介質組件使用層矩陣電磁場求解器。這個求解器在空間頻率域（K域）工作。它由以下部分組成 1. 每個均質層的特征模式求解器，以及 2.