一、光機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

光學(xué)設(shè)計(jì)完成后，下一階段就是為光學(xué)元件創(chuàng)建機(jī)械封裝。除了提供光學(xué)系統(tǒng)的保護(hù)和布局安裝外，透鏡和反射面的安裝設(shè)計(jì)還將引入機(jī)械導(dǎo)入光源。此外，這些機(jī)械元件還可以作為散熱器，為光學(xué)元件散熱。我們將在稍后的過程中探討這兩個(gè)問題，但現(xiàn)在我們將專注于光機(jī)械設(shè)計(jì)。OpticStudio 和 OpticsBuilder 之間的交互可大幅簡(jiǎn)化這一過程。Prepare for OpticsBuilder 工具能導(dǎo)出光學(xué)系統(tǒng)，且導(dǎo)出格式方便光機(jī)工程師直接在他們的 CAD 工具中打開系統(tǒng)，其中包含創(chuàng)建光機(jī)系統(tǒng)所需的所有信息。

光機(jī)械系統(tǒng)整體創(chuàng)建完成后，整個(gè)設(shè)計(jì)便可以輕松導(dǎo)出到 OpticStudio 非序列模式。OpticStudio 非序列模式能夠?qū)⒚總€(gè)物體視為探測(cè)器，以計(jì)算系統(tǒng)中每個(gè)光學(xué)器件和機(jī)械表面上的吸收通量。額外的探測(cè)器可以記錄鏡頭體內(nèi)的吸收通量。當(dāng)激光以光束的形式在系統(tǒng)中傳播，我們可以記錄它們與元件的每一次相互作用。

通過利用 ZOS-API 的強(qiáng)大功能，此階段可以使用腳本自動(dòng)檢索存儲(chǔ)在探測(cè)器上的通量數(shù)據(jù)，并為滿足FEA軟件包的輸入要求而配置輸出。此外，系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)也將作為 CAD 元件導(dǎo)出到 FEA 工具中。

打開附件中的 ‘Lens-3P_D25.4_2022.zar’?文件。我們希望從系統(tǒng)中獲取有關(guān)吸收通量的信息，并將這些數(shù)據(jù)用于 FEA 分析。要繼續(xù)下一步，我們首先使用文件……轉(zhuǎn)換……轉(zhuǎn)換為NSC組（the File…Convert…Convert to NSC Group）工具將我們之前優(yōu)化的序列模式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為非序列模式。

在轉(zhuǎn)換過程中，該工具將自動(dòng)添加光源和探測(cè)器。反射面將自動(dòng)轉(zhuǎn)換為離軸反射鏡物體（物體 4）。

自動(dòng)生成的非序列模式文件中，物體將根據(jù)相對(duì)位置情況進(jìn)行定位放置（如在序列模式系統(tǒng)中），而不是直接在全局坐標(biāo)中定義它們的位置。這可以從非序列元件編輯器（NSCE）中的參考物體數(shù)據(jù)欄中看到。在我們添加體探測(cè)器物體之前，可以方便地將所有元件的參考物體修改為參考全局坐標(biāo)。

以前用作坐標(biāo)參考的空物體不再需要，并且可以在修改參考坐標(biāo)后安全刪除。

在本例中，我們使用能更好地代表我們的激光光束波形的高斯光源來替換自動(dòng)生成的橢圓光源物體。光束尺寸和位置是兩個(gè)與高斯光源物體相關(guān)的特定參數(shù)。要生成準(zhǔn)直光束，請(qǐng)將位置參數(shù)保留為零。光束尺寸參數(shù)定義了照度中 1/e^2 點(diǎn)處的光束半徑。在本例中，我們將功率（瓦特）設(shè)置為800W，光束尺寸為 5mm，并為高斯光源指定 20 條布局光線和 1e6 條分析光線。

二、轉(zhuǎn)換至非序列模式組

除了添加體探測(cè)器物體，我們還將打開所有光學(xué)和光機(jī)元件的?物體作為探測(cè)器（Object is A Detector）?選項(xiàng)。這將幫助我們記錄這些物體表面吸收的照度。可以將任意形狀的大多數(shù)物體用作探測(cè)器來記錄非相干照度數(shù)據(jù)。這包括具有平面的物體，例如多邊形、STL 和矩形體物體。該選項(xiàng)可以在物體屬性……類型……探測(cè)器部分下啟用。選中該選項(xiàng)后，用于繪制物體的每個(gè)單獨(dú)的三角面可以變成單個(gè)像素，像素的數(shù)量與該物體的繪圖分辨率相關(guān)。探測(cè)到的輻照度既可以在實(shí)體模型中直觀地顯示，也可以在探測(cè)器查看器的文本選項(xiàng)卡中顯示為文本列表。

我們?cè)贜SCE中突出顯示第 2-6 行，打開物體屬性……類型（Object Properties…Type）并勾選物體作為探測(cè)器（ 'Object Is A Detector'）選項(xiàng)。在繪圖（Draw）選項(xiàng)卡下，將繪制分辨率調(diào)整為高，這將增加用于渲染該物體的像素?cái)?shù)/網(wǎng)格密度。

在非序列模式下測(cè)量的吸收通量同時(shí)考慮了由膜層引起的表面吸收和鏡頭材料的體吸收。透射元件具有抗反射膜層，反射鏡具有高反射膜層。我們?cè)诒纠惺褂昧撕?jiǎn)單的 IDEAL 膜層，格式為 IDEALT R TIR。語法中的三個(gè)強(qiáng)度系數(shù)分別表示透射 T、反射 R和全內(nèi)反射 TIR。吸收系數(shù)通過 A = 1.0 - R - T 自動(dòng)計(jì)算，以表示能量吸收效率。如果省略了 TIR 值，則假定其值為 1.0。我們?cè)谀游募刑砑恿艘韵聝煞N IDEAL 膜層，以備后續(xù)使用?？梢酝ㄟ^點(diǎn)擊庫……膜層工具……編輯膜層文件（Libraries…Coating Tools…Edit Coating File）來完成編輯。我們將編輯好的膜層文件保存為“COATING_LASER.DAT”。

如需應(yīng)用膜層，請(qǐng)選擇物體屬性下的膜層/散射（Coat/Scatter）選項(xiàng)卡。膜層將應(yīng)用于物體的各個(gè)表面上。反射鏡的前面和側(cè)面采用 HR_LASER 膜層，透射元件（鏡頭和保護(hù)窗）的前面和背面采用 AR_LASER 膜層。隨后，當(dāng)添加了陽極氧化鋁機(jī)械部件后，列出的 AL_LASER 膜層將應(yīng)用于機(jī)械封裝元件表面。

▋?四、定義光學(xué)表面的膜層

在本例中，我們使用熔融石英作為鏡頭材料。它的吸收率低，熱穩(wěn)定性高。OpticStudio 使用比爾定律，根據(jù)材料庫中該材料可用的內(nèi)部透射數(shù)據(jù)計(jì)算吸收。默認(rèn)紅外材料庫中的 F_SILICA 材料在 0.3-2.3um 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有理想的透射值 1。為了準(zhǔn)確模擬 F_SILICA 的體吸收，我們需要輸入真實(shí)的透射數(shù)據(jù)。然而，我們無法修改 OpticStudio 提供的默認(rèn)材料庫中的數(shù)據(jù)。保存（SAVE）按鈕變?yōu)榛疑?/p>

要使用 F_SILICA 的真實(shí)體吸收數(shù)據(jù)，請(qǐng)參考 OHARA網(wǎng)站，我們應(yīng)先將上述材料庫保存為新的自定義材料庫，例如 MYCATALOGAGF。然后，我們可以在這個(gè)自定義玻璃庫中編輯 F_SILICA 的透射數(shù)據(jù)，如下圖所示。

http://www.oharacorp.com/fused-silica-quartz.html

接下來，我們需要在系統(tǒng)選項(xiàng)……材料庫部分加載這個(gè)新的自定義玻璃庫 MYCATALOGAGF。

經(jīng)過這些修改，我們的系統(tǒng)現(xiàn)在可以導(dǎo)出到 OpticsBuilder，我們將在下一篇文章中完成這一操作。