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| 24I-T10 莎益博光机热团队-技术文章_光机热仿真之Speos在光学零件吸热仿真中应用.pdf |
光机热仿真之 Speos 在光学零件吸热仿真中应用 |
2024-04-11 14:25:34 2024-04-11 14:25:34 |
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光机热仿真之 Speos 在光学零件吸热仿真中应用
2024.04.111. 前言
本文主要介绍 Speos 工具在光学零件光热吸收方向仿真方法；提供2个工作流：①反射式光学零件，利用"3D Irradiance 探测器"模拟光线在光学零件表面吸收并转化为热能的过程；②透射式光学零件，利用"3D Energy Density 探测器"模拟光线经过光学零件体吸收并转化为热能的过程。根据本文工作流并结合之前发布的技术案例（可搜索"车载镜头的光机热耦合分析"）可完成光热吸收前后成像质量等对比验证，此篇文章不再赘述。
在之前公众号上，呈现相对比较完整光机热联合仿真工作流：使用 Zemax设计优化得到初始Lens组件，利用 Mechanical进行结构&热变形分析、温度体分布分析（此处考虑使用环境温度、装配变形等工况）并利用集成在 Mechanical界面下的 Export to star 插件导出"XYZdxdydz"、"XYZT"txt文本数据，利用Zemax Star读入数据并利用 Zemax 分析对比光机热耦合后成像质量，详细流程如下图。
但在某些光机系统中（例如：应用于激光切割、焊接、钻孔等大功率激光器），除了考虑环境温度变化、电子元器件发热等热源外，还必须考虑光机系统光学零件对光线热吸收影响。因为光学零件材料（如透镜、反光杯等）体吸收或涂层的表面吸收热量导致的热变形或折射率分布变化同样会降低光学系统性能，考虑光学零件吸收环境光、人造光源或场景光转热效应的建模对于确保焦距稳定性和激光束尺寸和质量是必要的。
2. 数据处理
①反射式光学零件，利用3D Irradiance 探测器可以仿真导出"X、Y、Z、Irradiance Absorption（单位W/m2）" txt文档；②透射式光学零件，利用3D Energy Density 探测器可以仿真导出"X、Y、Z、Volume Absorption（单位W/m3）" txt文档，详细说明见第3部分。利用 Workbench 可在 Mechanical 中完成光学零件稳态热、热变形等仿真分析，示例流程如下：
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