SPEOS在光學(xué)零件吸熱仿真中應(yīng)用
1 前言 32 j){[PL3
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本文主要介紹 Speos 工具在光學(xué)零件光熱吸收方向仿真方法；提供2個(gè)工作流：①反射式光學(xué)零件，利用"3D Irradiance探測(cè)器"模擬光線在光學(xué)零件表面吸收并轉(zhuǎn)化為熱能的過程；②透射式光學(xué)零件，利用"3D Energy Density 探測(cè)器"模擬光線經(jīng)過光學(xué)零件體吸收并轉(zhuǎn)化為熱能的過程。 =os!^{p7>
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在之前發(fā)布的技術(shù)案例上，呈現(xiàn)相對(duì)比較完整光機(jī)熱聯(lián)合仿真工作流：使用Zemax設(shè)計(jì)優(yōu)化得到初始Lens組件，利用Mechanical進(jìn)行結(jié)構(gòu)&熱變形分析、溫度體分布分析（此處考慮使用環(huán)境溫度、裝配變形等工況）并利用集成在Mechanical界面下的Export to star插件導(dǎo)出"XYZdxdydz"、"XYZT"txt文本數(shù)據(jù)，利用Zemax Star讀入數(shù)據(jù)并利用Zemax分析對(duì)比光機(jī)熱耦合后成像質(zhì)量，詳細(xì)流程如下圖。 fO5L[U^`
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但在某些光機(jī)系統(tǒng)中（例如：應(yīng)用于激光切割、焊接、鉆孔等大功率激光器），除了考慮環(huán)境溫度變化、電子元器件發(fā)熱等熱源外，還必須考慮光機(jī)系統(tǒng)光學(xué)零件對(duì)光線熱吸收影響。因?yàn)楣鈱W(xué)零件材料（如透鏡、反光杯等）體吸收或涂層的表面吸收熱量導(dǎo)致的熱變形或折射率分布變化同樣會(huì)降低光學(xué)系統(tǒng)性能，考慮光學(xué)零件吸收環(huán)境光、人造光源或場(chǎng)景光轉(zhuǎn)熱效應(yīng)的建模對(duì)于確保焦距穩(wěn)定性和激光束尺寸和質(zhì)量是必要的。 n?6^j8i
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[b ]2數(shù)據(jù)處理 R= Ig !s9
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①反射式光學(xué)零件，利用3D Irradiance探測(cè)器可以仿真導(dǎo)出"X、Y、Z、Irradiance Absorption（單位W/m2）" txt文檔；②透射式光學(xué)零件，利用3D Energy Density探測(cè)器可以仿真導(dǎo)出"X、Y、Z、Volume Absorption（單位W/m3）" txt文檔，詳細(xì)說明見第3部分。利用Workbench可在Mechanical中完成光學(xué)零件穩(wěn)態(tài)熱、熱變形等仿真分析，示例流程如下： xa_ IdkV
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3 光學(xué)零件吸熱仿真方法 .i )K#82
3.1 反射式光學(xué)零件 :rufnmsP<U
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以反射式車燈光學(xué)零件為例： 1xkk5\ 3]
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模型導(dǎo)入 Speos 軟件，在軟件中完成光源、光學(xué)材料、探測(cè)器的定義。本例光源為180°朗伯體分布1300 lm大功率白光 LED 光源；光學(xué)材料定義使用反應(yīng)材料真實(shí)折射率、吸收率、透過率、反射率的文件；選用3D Irradiacne 探測(cè)器，在關(guān)注光熱吸收的表面創(chuàng)建一個(gè)3D Irradiacne 探測(cè)器來測(cè)量光的吸收量，在"definition"界面欄下General選擇Radiometric，Additional measure下"absorption"選擇Ture，"reflection"、"transmission"選擇Flase。 k rlebPs[
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運(yùn)行模擬，輻照度圖以3D形式出現(xiàn)，可以在詳細(xì)分析Virtual 3D Photometric Lab，然后點(diǎn)擊"export"命令以及以txt格式進(jìn)行保存數(shù)據(jù)。 oMM@{Jp
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3.2 透射式光學(xué)零件 ,=@WE> ip
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模型僅示例作用，無實(shí)際參考。 I
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模型導(dǎo)入 Speos 軟件，在軟件中完成光源、光學(xué)材料、探測(cè)器的定義。本例光源為45°朗伯體分布10W輻射通量1064nm波長光源；光學(xué)材料定義使用反應(yīng)材料真實(shí)折射率、吸收率、透過率、反射率的文件；選用3D Energy Density 探測(cè)器，在關(guān)注光熱吸收光學(xué)零件體創(chuàng)建一個(gè)3D Energy Density 探測(cè)器來測(cè)量光的吸收量，在"definition"界面欄下General選擇Radiometric，Dimensions確認(rèn)包裹所有關(guān)注吸熱的光學(xué)零件。 P9`CW
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運(yùn)行模擬，輻照度圖以3D 形式出現(xiàn)，可以在詳細(xì)分析 3D Energy Density Lab，然后點(diǎn)擊"export"命令以及以txt格式進(jìn)行保存數(shù)據(jù)。 "tmu23xQ
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