Ansys Zemax | 如何模拟自适应光学系统

引言

在现代光学系统中，自适应光学（AO）系统被广泛应用于补偿外界环境干扰，特别是大气湍流，以提升望远镜的成像质量。本文详细探讨如何在OpticStudio软件中通过多重结构功能实现复杂反射式自适应光学系统的高效集成和精确模拟，在保证最优几何和衍射性能的同时，简便地调整系统参数以适应不同应用场景。

系统设计与特色




1. 镜面阵列模拟：使用缩放光阑镜面偏心模拟来内在整合一组镜面阵列，实现对阵列中每个镜面的位置和姿态的独立控制，以精确模拟谐波波动在多镜系统中的效应。

2. 随机波前差引入：通过在视场窗上部署公差功能，模拟大气不均匀性对输入光波前的影响，为系统提供对真实外界大气条件模拟的基础。

3. 像差补偿与优化：应用求解功能自动调整每个镜面的Z轴位置和旋转角度，以补偿大气引入的像差，追求几何和衍射点扩散函数的最小化。

4. 设计自动化增强：借助ZPL宏自动化生成镜面结构与拾取求解，加速系统设计与调优过程，使大规模阵列镜面系统的设计更加便捷。

系统的工作机制

光场模拟：首先，通过在系统输入窗引入随机波前差，模拟了大气层环境对输入光波前的随机扰动。紧接着，通过调整每个镜面的偏心量（中心点与阵列中普遍性的偏心位置拿起求解）和倾斜角度，以正确反映镜面位置变化对像差的影响。

变形平面集成：光场经过反射后，在一个虚拟变形平面上进行模拟形变，以此代表大气层对波前的附加影响，为后续像差补偿奠定基础。

性能优化：应用优化函数和公差规划，设定和调整偏心和入射角，以最小化像面上的基本像差。优化的目标设定在使每块子镜在像面上光斑的几何质心与其顶点重合，此外，通过调整主光线的光程一致化，有效提升整体性能。

实例解析


以下流程展示了如何在OpticStudio中建立仿真模型及关键参数的调整步骤：

1. 系统启动与参数配置：设置基本参数如单位、波长、视场等，并开启光线瞄准模式以确保光学流程的精确性。新建自定义六边形孔径，以适用于复杂几何建模。

2. 镜面序列建立：通过多重结构功能，逐一定义和调整阵列中的每个子镜面，调整偏心与旋转参数，确保阵列整体的一致性和优化性。通过配置表面间的关系及求解，实现子镜相对主镜的动态调整。

3. 公差与优化：引入随机波前差和优化控制，通过调整子镜位置与形状，逐步减小大气影响引起的像差，最终达到几何与衍射性能的优化目标。

4. 分析与验证：模拟过程中验证系统的性能，并通过对比分析优化前后的几何PSF与衍射PSF，分析优化效果与守护参数的敏感性。

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks ,Hyperworks, Protel,CAXA,OpenWorks LandMark,MATLAB,Enovia,Winchill,TeamCenter,MathCAD,Ansys, Abaqus,ls-dyna, Fluent, MSC,Bentley,License,UG,ug,catia,Dassault Systèmes,AutoDesk,Altair,autocad,PTC,SolidWorks,Ansys,Siemens PLM Software,Paradigm,Mathworks,Borland,AVEVA,ESRI,hP,Solibri,Progman,Leica,Cadence,IBM,SIMULIA,Citrix,Sybase,Schlumberger,MSC Products...