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[网络研讨会] Zemax集成化光学系统模拟整体解决方案 – 高能激光系统示例

感谢大家长期以来对 Zemax 的关注与支持!我们将在以下时间开展本次的网络研讨会,您可以通过以下链接进行本研讨会的注册。并且,您可以在我们全新的 Zemax 社区论坛上,事先或者结束后针对本次研讨会的内容对演讲者进行提问,也请自由留言进行交流。  时间:2022年5月25日(周三) 14:00-15:00 参与链接: https://attendee.gotowebinar.com/register/1819028061812850699?source=community 内容摘要: 在如今光学系统设计中,热效应和结构形变对于光学系统性能有着很大的影响。在本次研讨会中,我们将以全面介绍如何使用 OpticStudio 设计光学系统、并随后使用 OpticsBuilder 进行机械元件建模,最后结合 STAR 模块整合 FEA 分析数据应用于光学系统进行综合性能评价,作为如今 Zemax 旗下产品的完整应用流程。同时,我们也将使用高能激光系统为例,包含实际的文件做出基础的演示操作,帮助您更加直观地了解该操作流程中的详细细节。 需要进行热效应和结构形变分析的复杂光学系统性能整体分析,通常都是光学设计与分析领域的痛点,本次研讨会将为您带来全新的解决方案 - 基于 OpticStudio 的 STAR 模块。该模块于 2021 年 5 月载入至 OpticStudio 21.2 版本中,可以将分析得到的 FEA 数据应用至光学系统中的各元件表面上,拟合后对于系统进行整体的光学性能分析,无缝完成所有所需操作。 演示者: 高级应用工程师 胡皓胜,Ansys Zemax 中国

用Zemax OpticStudio模擬投射式車燈 (分析色散)

本範例將會示範在Zemax OpticStudio模擬一個初步簡易的投射車燈,主要目的在於介紹各種模擬中使用者可能會用到的功能,包含Lens Catalog、光源建模、光源頻譜、拋物面建模、設置探測器、色彩分析以及照度分析。簡介本文章介紹如何在Zemax OpticStudio中模擬投射式車燈,主要分為以下章節:    使用透鏡資料庫 (Lens Catalog)    建立拋物面物件    建立鎢絲光源,設定黑體輻射頻譜    建立擋板物件    設定探測器    追跡並檢視結果我們的最終架構將如下: 建立橢圓反射面橢圓反射面可以把其中一個焦點的光線反射到另一個焦點。 我們透過Standard Surface來建立。 參數設定如下:Material:MIRRORRadius:30.165Conic:-0.712Maximum Aper:50 建立光源我們將建立帶有黑體輻射頻譜的鎢絲光源,首先是光源的外型,新增物件定設定如下:Object 2: Source FilamentX Position:3Z Position:16.126Tilt About Y:-90Layout Rays:100Analysis Rays:2E7Length:5Radius:0.6Turns:8接下來點一下 NSCE 上灰色的 Object Properties選擇 Source 並設定黑體輻射頻譜如下圖:Source Color: Black Body SpectrumTemp (K): 5000Spectrum: 7、Wavelength From 0.44 To 0.64 備註:    OpticStudio 內建許多常見的頻譜模型,例如黑體輻射、LED、D65 標準白光等    也可以根據三色刺激值、色座標、sRGB 等資訊模擬頻譜    有需要也可以使用純文字文件夾自行定義 備註2:想要確認頻譜的時候,可以到Libraries > Source Spectrum Plot,輸入與剛剛一樣的頻譜設定   如所見到的,Source Spectrum Plot 用繪圖方式讓你瞭解剛剛的光源頻譜是如何設定的,這是個很方便的工具。你可以試著改變參數看看,如下圖:現在回到3D Layout設定,設定Color Rays: Wavelength,可以看到如下:  備

如何模擬光學低通濾波器 (Optical Low Pass Filter)

簡介光學低通濾波器 (optical low-pass filter, OLPF) 廣泛應用於高階成像系統中,通常放置在CCD或COMS的前方。主要的功能是過濾影像中特定的空間頻率,避免因為空間頻率跟感測器取樣頻率過於接近時,因為發生混疊 (Aliasing) 而造成摩爾紋 (Moiré)。解決這種問題可能的做法有好幾種,目前最為符合量產可行性的常見作法之一就是利用雙折射晶體把光路分裂,透過控制分裂距離,來消除特定的空間頻率。經過光學低通濾波器處理系統,反應在MTF上的效果就是特定頻率的對比會下降,如同我們使用IR-CUT削去紅色波長一樣,OLPF也可以過濾不希望出現的空間頻率。建立雙折射晶體這邊我們打開內建範例: \Documents\Zemax\Samples\Sequential\Objectives\Double Gauss 28 degree field.zmx我們將會在像面 (IMAGE) 之前建立光學低通濾波器的結構,示意圖如下: 要建立這個結構,我們在LDE中新增五個面,並設定如下: Surface 12: Birefringent InThickness: 0.1Material: CALCITEY-cosine: 1Z-cosine: 1Surface 13: Birefringent OutThickness: 0.1Surface 14: Jones MatrixThickness: 0.1A (real, image) = (1, 1)B (real, image) = (1, -1)C (real, image) = (1, -1)D (real, image) = (1, 1)Surface 15: Birefringent InThickness: 0.1X-cosine: 1Z-cosine: 1Surface 16: Birefringent OutThickness: 0.1由於在像面之前加上幾片玻璃,我們需要重新對焦,因此這裡打開Quick Adjust,調整透鏡最後一個面的厚度,如下: 最後打開多重組態編輯器,並設定如下。 由於在序列模式中我們無法讓光線分裂,因此要模擬雙折射分裂,必須使用多重組態來模擬。每個雙折射晶體都會依據偏振方向分裂為兩個光路,兩個雙折射晶體共會有4個組合,關於雙折射晶體的設定與模擬方式請參考Help文

公差分析時會看到的Root Sum Square (RSS) 有什麼意義?

簡介在本知識庫中的 “如何進行序列模式公差分析” 這篇文章中,我們簡單說明了RSS的計算方式如下:在所有公差單獨計算之後,OpticStudio可以計算各種不同的統計資料,其中最重要的就是 "Estimated Change" 以及 “Estimated Performance” (本範例中為Estimated RMS Wavefront)。Zemax使用RSS (Root Sum Square) 方法來計算品質的Estimated Change。對於每一個公差操作數,相對於原始設計的評價標準改變量之計算方法是最大與最小公差的評價標準改變各自平方,然後再取平均。最大與最小值之所以取平均是因為它們不可能同時發生,如果相加的話會導致過分悲觀的預測。我們將用公差統計中的堆疊問題 (Stack Up) 說明 RSS 的計算。堆疊問題問題的描述是這樣的:想像我們有5個木板要疊在一起,並需要估計疊在一起的總厚度。已知每一片木板的厚度都有些許不同 (現實世界總是會有誤差!),每片木板的厚度大約在25 mm加減0.1 mm的範圍內隨機分布。假設這些木板的厚度機率是常態分布,中心是25 mm,機率最大,25.1 mm跟24.9 mm的機率則是e^-2,剛好會是距離中心兩倍標準差 (sigma) 的位置,畫出來如下圖。 好,所以現在問題是,如果我們疊了5塊木板以後,厚度的機率分布會變成怎樣? 答案是125 mm加減0.224  mm。並且也會是常態分佈。以125作為中心,125.224與124.776的位置發生機率恰好是e^-2。換句話說,整個系統的總厚度:1. 也是常態分佈。2. 常態分佈中心剛好是每塊木板的各自機率分佈的中心的總合:5+5+5+5+5=125。3. 整個系統常態分佈機率為e^-2的地方,會是每塊木板各自常態分佈為e^-2時的偏差值 (deviation) 各自平方後、再加總、再開根號,也就是所謂的Root Sum Square (RSS),你可以在Excel中輸入這右邊這串計算來驗證:sqrt(0.1^2+0.1^2+0.1^2+0.1^2+0.1^2)。答案正是0.224。詳細的證明可以參考Wiki的說明:https://en.wikipedia.org/wiki/Sum_of_normally_distributed_random_variables解讀與假設看

圖解Ray Database Viewer中Segment的參數

本文章旨在說明Ray Database 分析結果中出現的相關名詞與標示,包含Ray、Segment、Path、Prnt、Levl、In、Hit等等。首先我們設定一個簡單的系統以便說明,這個系統設定如下: 使用Source Ray,並設定#Layout Rays以及#Analysis Rays。這會讓系統僅追跡一條光線,方便我們觀察光線分裂 (Ray Split) 與線段 (Segment) 的關係。物件2與3是兩片BK7平板。Minimum Relative Ray Intensity = 0.005,當光線能量相對於從光源出發時的比例低於此值時,將會停止追跡,此時該光線能量會計入Energy Lost (Threshold) 並顯示在Ray Trace視窗的下方。打開3D Layout並確認勾選 “Use Polarization” 、 “Split NSC Rays” 以及 “Fletch Rays” ,Layout上的追跡結果如下圖 打開Analyze > Ray Database Viewer,打開設定對話框,取消勾選XYZ,勾選Path  設定後點選OK,可以看到如下資訊 表中列出Ray 1在系統分裂後的線段 (Segment) 詳細資訊,Seg# 欄位代表線段編號,光源本身代表Seg# = 0,每一次光線與物件交錯後若有反射、折射、繞射、散射等行為,即產生新的線段,表中線段編號如下 從Ray Database Viewer的報告中可以看到,此光線追跡後共產生16個線段 (Segment),7個分支 (Branch),分支的意思是 “光線從光源追跡到停止為止” 算一個分支,不同的分支可能會包含同樣的中間線段,但最後一個線段一定是不同的。舉例來說,上圖中的分支共有以下17個:Branch1: 0 > 1 > 2 > 3 > 4 > 5Branch2: 0 > 1 > 2 > 3 > 4 > 6 > 7Branch3: 0 > 1 > 2 > 3 > 8 > 9 > 10Branch4: 0 > 1 > 2 > 3 > 8 > 11Branch5: 0 > 1 > 2 > 12 > 13Branch6

关于OpticStudio中POP(物理光学传播)的那些事

欢迎大家的到来,期待大家的回复~~今天我们花点时间来认识下OS中的POP功能~对于POP(物理光学传播),在知识库文章中有如下几篇文章,可以让大家快速入门,且解决80%的POP使用问题。当然,Zemax Community里也有很多POP相关的精彩讨论。探索OpticStudio中的物理光学传播 – 中文帮助 (zemax.com)如何在OpticStudio中模拟激光光束传播:第三部分 使用物理光学传播来模拟高斯光束 – 中文帮助 (zemax.com)Using-Physical-Optics-Propagation-POP-Part-1-Inspecting-the-beamsUsing-Physical-Optics-Propagation-POP-Part-2-Inspecting-the-beam-intensitiesUsing-Physical-Optics-Propagation-POP-Part-3-Inspecting-the-beam-phasesPOP 中本质上传播的是每个采样点上具有 Ex/Ey 电场分布的传播矩阵,用于表征传播的光束波前,然后与系统中的各个光学表面进行相互作用。当光束传播到表面的时候,本质上会将波前分解成为 Probing Rays,计算这些 Probing Rays 传播过后的情况,从而对比初始 Probing Rays 计算出对应的 Transfer Function,结合表面位置的波前计算出传播该光学表面过后的结果波前。在这样的计算过程中,光学表面引起的像差、传播中的衍射效应等都可以考虑进入传播当中。总结下,POP的过程就是定义初始光束 > 用Pilot Beam指导自由空间传播 > 用Probing Ray指导穿越光学界面 > 在指定位置读取光束能量和相位数据。下面一篇公众号文章也进行了很好的说明~梳理一下Zemax POP的工作逻辑 关于POP的使用场景  POP VS. Huygens PSF POP is really only ‘better than’ the PSF (either FFT or Huygens) if there are significant apertures that clip the beam.The strength/weakness of POP is

詢問工程師系列: OpticStudio-CAD interoperability and OpticsBuilder

各位好,歡迎來到Zemax論壇舉辦的活動:詢問工程系列。在這個系列中,我們會讓所有論壇用戶在一定時間內,把您想詢問的問題放上來。等問題收集完,我們的工程師會逐個回答大家的問題。主題:OpticStudio-CAD interoperability and OpticsBuilder時間:3/30~4/14Engineer:​​@Flurin Herren - Application Engineer II at Ansys Zemax主題簡介:To turn optical designs into reality, teams of optical and mechanical engineers need to coordinate their individual expertise around one common goal. In order to convert optical designs into CAD Zemax offers different approaches. I am happy to answer question about that in this month`s "Ask an Engineer" Event. Please ask your questions on Zemax OpticsBuilder, CAD Files Export tools, CAD Parts in Zemax OpticStudio and optomechanical workflows in general.對CAD有興趣的,這是一個很棒的機會跟Zemax內部工程師交流。從現在起到活動結束,將問題以回復的形式回給這個主題。可以用英語、日語、中文自由發問。加入討論的問題將在4月14日太平洋時間上午8點開始回答。一旦活動結束,該主題將被關閉。 如果你的問題涉及到一個特定的文件,該問題可能會被轉移到一個私人支援工單。在這種情況下,可能會需要你的授權處於技援狀態。Ask an Engineer: OpticStudio-CAD interoperability and OpticsBuilder

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