OAS 工程项目案例 | 激光传输光机热耦合

引言

激光传输系统由多片反射镜、柱面镜与透镜组成，光路长、元件多。工作中温度变化与装夹应力会改变镜面面型与材料折射率，接收面上的光斑随之变形。这类系统对光斑质量敏感，热与应力的影响不能忽略。

OAS 光学(分析)软件可以把结构与热的有限元结果直接带进光学模型，先算面型与折射率的变化，再算接收面上的光斑。武汉二元科技用一套含反射镜、柱面镜与超构透镜的激光传输系统做了这组仿真。

案例讲解

1.光机热耦合的建模

OAS 支持把结构与热的有限元分析（FEA）数据集加载进光学系统，元件的位置、面型与材料参数取自有限元结果，按元件逐一对应，不必手工换算。

2.面型与折射率的变化

热与应力的作用最终体现在两项上：面型与折射率。OAS 在这两项上分别计算，再带回光线追迹。

不同温度、不同位置施加应力时，干涉条纹的形态随之改变：条纹的疏密与走向对应面型偏差的分布。案例把一组条纹图并列给出，各加载条件下的面型差异便于直接比较。

在不同温度或不同位置施加应力下干涉条纹的改变

3.接收面上的光斑

面型与折射率的变化带回光路后，接收面上的光强分布随之改变。案例对比了两种状态：施加带高斯随机分布的热效应，与不考虑热的理想状态。

热效应下，光斑外围出现弥散；理想状态的光斑边界干净，能量集中在中心。两者之差，就是热与应力在光斑上的代价。

总结

热与应力对激光系统的影响，最终落在光斑上。OAS光学(分析)软件把结构数据与光学追迹放在同一个模型里，改一次加载条件，光斑可以直接重算。