news 2026/9/26 1:47:00

光机热耦合仿真总结

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
光机热耦合仿真总结


对于应用领域:
1.太空望远镜:温度昼夜变化上百摄氏度,镜面必须稳如磐石。
2.光刻机物镜:纳米级对准精度,热漂移哪怕一点点都致命。
3.红外成像系统:无热化设计,保证-40°C到60°C都能清晰成像。
4.激光通信终端:光束指向稳定性极高,热变形是主要干扰源。
5.高功率激光器:内部发热巨大,热透镜效应会毁掉光束质量。
例如在光刻机中

面对多个热辐射源和环境温度变化同时作用的情况,分析思路可以概括为:先明确每个热载荷的性质和边界,再决定是分别算还是合并算,最后通过热分析求解统一温度场,再往下做热-结构-光学耦合。
下面按步骤说明。
1.先把各个热载荷分类
不同热源的作用机制不同,不能简单叠加成一个总热源。

1.1.分析目的:是分析光路中某个元件的热变形,还是分析整机的散热能力?
1.2.主要热源:是光吸收,还是电子器件功耗?
1.3.空间精度:光强分布的不均匀性是否显著影响温度核度,进而影响你关心的结果(如面形变化)?
如果分析目的主要是光路中核心元件的热变形,且光吸收是主要热源之一,那么需要探测器网格数据来精确或环境温度影响,反之,如果分析重点是电子器件的散热,则不需要,或可用简化热源替代。

2.对于仿真方式

软件操作方式参考
https://lbtek.com/xgzz/classroom/172?type=1
http://www.cadit.com.cn/m/shownews.asp?id=732&bigclass=%e6%9c%80%e6%96%b0%e9%80%9a%e8%ae%af#1
3. 尤其对于考虑结构件以及透镜分析方法

4.关键参数

5.mechnical重点需要设置

难点:1.结构件和透镜Mechnical网格划分方式,是否收敛取决于网格划分方式
2.热分析的网格与zemax和lightools探测器采集吸收通量的网格匹配度
3.热分析仿真之后数据FEA数据导入到zemax的方式

最后,对于光机热敏感的问题的处理方式

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