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讯技光电Trigger
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FRED案例:矩形微透镜阵列
介绍
小透镜阵列可应用在很多方面,其中包含光束均匀化。本文演示了一个用于在探测器上创建均匀的非相干照度的成像微透镜阵列的设计。输入光束具有高斯轮廓,半宽度等于微透镜阵列大小,并且显示了其功率轮廓被微透镜阵列消除掉。
系统输出
简单示例系统由单色光源组成,空间高斯切趾功率(1/e2=5mm)和0.6度半发散角,两个相同的33*33透镜阵列(10mm孔径),微透镜焦距4.80mm和单个微结构0.3mm,成像透镜焦距100mm及位于成像透镜的后焦平面位置的一个探测器平面。成像结构如下所示,fLA1 < a12 < fLA1 fLA2。在探测器平面上照明区域的直径由下式给出:见图2;照明平面上的半发散角度由下式给出:见图3
在FRED文件给出的例子中,对于指定的微透镜阵列和成像透镜,结构如下给出:DFT=6.07mm;θ≈4.4º
微透镜构建
微透镜的结构包括一个输入平面,阵列式的基面和接近于微透镜阵列裁剪体的外边缘表面,这些组件如图4所示。可以采取以下步骤来创建微透镜阵列的几何结构。
1. 创建一个组件来控制微透镜阵列的组件(Menu > Create > New Subassembly)。
2. 创建一个半宽度对应阵列微透镜的输入平面。在这个例子中,微透镜间距是0.3毫米,微透镜的数量是33x33,所以平面半宽度是16 *0.3 0.15=4.95mm。FRED原始构造用于定义平面(Menu>Create>New Element Primitive>Plane)。创建一个半宽度对应排列微透镜的输入平面。在这个例子中,微透镜间距是0.3毫米,微透镜的数量是33x33,所以平面半宽度是16 *0.3 0.15=4.95mm。FRED元件的初始结构使用平面(Menu>Create>New Element Primitive>Plane)。
3. 创建一个包含基面的自定义元件节点(Menu>Create>New Custom Element)。这个自定义元件节点将阵列形成微透镜出射面。
a. 在步骤3中,创建一个新的表面作为自定义元件的子元件(Menu>Create>New Surface)。在这种情况下,表面类型:conic=1, R=-2.2。表面的孔径选项上,调整外边界X和Y的尺寸设置为阵列间距(0.15mm)的一半。Z-长度应该减小到包含表面的最小尺寸(提示:使用脚本语言的Sag函数来找到半孔径必须的Z-长度)。
b. 整列步骤3中创建的自定义元件的基表(鼠标右键点击自定义元件节点并选择“Edit/View Array Parameters”)。在这个例子中,在X和Y方向上定义的阵列间距等于在每个方向上的微透镜间距。对于33x33微透镜阵列,在每个方向上的最小和最大元胞值设置为-16到 16。
4. 添加另一个自定义元件到组件节点,它包含边缘面,可以由挤压一个沿z轴的封闭曲线组成。
a. 将曲线添加到自定义元件节点(Menu>Create >New Curve),并将其类型设置为“Segmented”。在电子数据表格区域右击鼠标并选择“Generate Points”来打开一个可以用于快速指定一个封闭的分段曲线的实用工具。在这个例子中,孔径的形状是半孔径为4.95mm的方形。在分段曲线生成对话框中我们可以选择以下设置:
i. # points around generating curve = 4
ii. X semi-width = Y semi-width = 4.95
iii. Orientation = Top edge parallel to X axis
iv. Type = circumscribe
b. 添加表面到自定义元件,并将其类型设置为“Tabulated Cylinder”。准线曲线应该是来自4a的封闭曲线,并且其Z方向应该设置为微透镜阵列(Z=1.2)的厚度。表面对话框的孔径选项上设置其x和y裁剪体外边界略大于微透镜阵列的孔径(例如4.96)。z裁剪体应该足够大,以包含挤压表面。
仿真结果
系统布局原理图中所示的三种光束可以在FRED附加示例文件中进行模拟,通过使用鼠标右键单击菜单选项的切换光源“InputSource 1”,“InputSource 2”和“InputSource 3”可追迹。光源“FullAperture”设置为不可追迹。光线追迹的结果如图5所示。当光源“FullAperture”可追迹时,其照射轮廓是5mm半宽度的高斯形,如图6所示;在探测平面上的最终分布如图7所示;在光照平面上的强度轮廓如图8所示。
(图片顺序从左往右依次排列)
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讯技光电Trigger
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JCMsuite应用:太阳能电池的抗反射惠更斯超表面模拟
人们构想大量不同的策略来替代随机纹理,用来改善太阳能电池中的光耦合效率。虽然对纳米光子系统的理解不断深入,但由于缺乏可扩展性,只有少数提出的设计在工业被上接受。在本应用中,一种定制的无序排列的高折射率介质亚微米量级的二氧化钛(TiO2)圆盘作为标准异质结硅太阳能电池的抗反射惠更斯超表面在试验中进行开发。无序阵列使用基于胶体自组装的可伸缩自下而上的技术制造,该技术几乎不考虑设备的材料或表面形态。我们观察到,与采用优化的平坦抗反射ITO层的参考电池相比,反射率的宽频带降低导致短路电流相对改善5.1%。我们讨论了在保持螺旋度的框架下超表面的光学性能,这可以通过调整其尺寸在特定波长下实现对一个孤立圆盘沿对称轴的照明。
本工作中所考虑的太阳能电池结构示意图。Rdiff和Rspec表示漫反射和镜面反射部分。该圆盘是在异质结技术(HJT)后发射极太阳能电池上沉积的,其表面是用非晶硅(aSi)固有层和n 掺杂层钝化的未抛光的平面硅片ITO薄膜既是减反射涂层(ARC),也是正面触点。(左图,中间图)不同放大倍数的太阳能电池顶部圆盘的电子显微图。左边的图突出了单个圆盘的特性,而中间的SEM图突出了样本的一致性。(右图)39 × 39 mm涂层太阳能电池的照片。
通过Born近似计算的圆盘图案的反射率和单个圆盘的有限元模拟(本文讨论的数值模拟是基于有限元方法(FEM)的软件JCMsuite)。测量圆盘涂层样品和调整平板的反射率ARC (50 nm厚度的ITO)的圆盘结构。一个标准的平面ARC参考(80 nm厚度的ITO)作为比较。
(从左往右图片分别为:图一:太阳能电池结构示意图、图二:太阳能电池顶部圆盘的电子显微图,39 × 39 mm涂层太阳能电池的照片
图三:测量圆盘涂层样品和调整平板的反射率ARC)
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讯技光电Trigger
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OCAD应用:凸轮曲线的优化设计
机械补偿式连续变焦光学系统,通过系统的活动组分相对固定组分沿轴向运动改变各组分之间间隔尺寸,在保证系统像面稳定不变的前提下,连续改变系统焦距。系统中,最后一个固定组前的总组分数称为该连续变焦光学系统的组分数,比如含有一个前固定组、一个变焦组、一个补偿组以及一个固定组的变焦系统被称为三组分变焦系统。为保证各活动组分在变焦过程中按设计要求移动活动组分,保证其表面间隔尺寸,一般都使用凸轮结构驱动各组分的运动,因此,凸轮曲线的设计也必然是光学设计的重要任务。
在进行凸轮曲线设计时,不仅要考虑凸轮转动时确保各活动组分之间准确的间隔尺寸,保证在变焦过程中光学系统像面的稳定,还要考虑到运动曲线的平滑性以及曲线的陡度,避免运动中的卡滞现象,当然还要考虑到凸轮加工的工艺性。
凸轮曲线的优化设计
一般情况下,设计凸轮曲线时会把固定组后的变焦组的运动规律设计成直线,减少加工成本,但这是可能会带来补偿组的运动曲线过于弯曲,运动速率过大,甚至因运动速率过大以致影响凸轮运转过程中发涩甚至卡死。为了避免这一情况的发生,可以有意把变焦组曲线改成曲线缓解补偿组的曲线陡度,以便有效改善凸轮曲线平滑运行。
从凸轮运动曲线及其运动速率可以看出此时在长焦处补偿组运动速率已达72°,不可能平滑运转,此时必重新优化凸轮曲线,确保凸轮顺利运转。在优化时首先返回设计界面初始状态,如图2,选择“曲线运动轨迹”或“复合曲线轨迹”。所谓“曲线运动轨迹”或“复合曲线轨迹”其区别在“曲线运动轨迹”是对变焦组的运动曲线全过程均为一个完整的三次方程式,而 “复合曲线轨迹”则是把变焦组运动轨迹的前半段保持直线运动,只是在指定位置之后才改成曲线运动,这样可以重点改善变焦后半段的曲线运动速率,因为补偿组的运动速率只在后半段才变化激烈。
在选择“曲线运动轨迹”后,界面下方会给出运动曲线方程系数的表格,可以直接填写。如果选择“复合曲线轨迹”,界面上除显示运动曲线方程系数的表格框外,还显示“结合点位置”系数,以便根据需要选择合适直线与曲线结合点的位置,无论选择以上哪种,都还可以利用拉杆条之间控制凸轮运动曲线或运动速率轨迹曲线。也可以先预设初步曲线方程系数,然后通过拉杆条调整。在选择“曲线运动轨迹”后,按“确定”键出现图3界面。
经过以上选择与调整,使得系统凸轮运动曲线及其运动速率曲线最终优化为较满意结果
(图片从左往右分别为:图1.变焦系统凸轮优化设计窗体、图2.凸轮运动曲线及其运动速率、图3.选择“复合曲线轨迹”界面、图4.利用拉杆条调节运动曲线、图5.凸轮曲线优化结果)
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VirtualLab Fusion应用:对光学系统中亚波长结构的严格模拟
在光学设计软件VirtualLab Fusion中实现的建模技术的交互性意味着其用户可以完全灵活地在精度和速度之间找到始终相关的折衷方案。这也适用于模拟光通过亚波长结构传播:可以只为光学系统中表现出亚波长调制的部分选择严格的模型,同时在系统的其他地方选择数值上计算量更小的替代方案,从而在不必要地牺牲速度的情况下达到所需的精度。下面找到两个不同的具有亚波长结构的系统的例子的链接:由不同直径的纳米柱排列构建的超透镜的设计工作流程的示意图,和基于受抑全内反射(FTIR)工作原理的棱镜分束器,其中分束器的两臂之间的能量再分配是通过倏逝波隧穿一层很薄的材料来实现的,该薄层材料把密度较高的介质分成两个棱镜。一种超透镜的设计与分析在此用例中,设计并分析了基于电介质圆柱的聚焦超透镜。所使用的参数来自E. Bayata(2022)发表的一篇文章。立方体光束整形器上的全内反射(FTIR)一种基于受抑全内反射(FTIR)的真实分束器,并研究了间隙厚度对反射和透射效率的影响。
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讯技光电Trigger
4月前发布了帖子
VirtualLab Fusion应用:光路元件的位置和方向
在这个案例中,我们将演示如何在光路中配置光学元件的位置和方向。我们将通过一个示例来演示。将元件放入光路中元件定位默认情况下,元件的位置由相对位置定义,即由该元件相对于前一个元件的参考坐标系统位置的输入坐标系统位置定义。绝对位置,仅显示z位置,3D视图系统,基本方向,独立方向
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讯技光电Trigger
4月前发布了帖子
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VirtualLab Fusion应用:利用Fabry-Pérot标准具检测钠D线
Fabry-Pérot标准具广泛用于激光谐振腔和光谱仪中进行波长的选择。 通常,由两个高反射(HR)涂层表面组成,其间具有空气或玻璃。 在该示例中,利用VirtualLab Fusion设置了具有二氧化硅间隔标准具的光学测量系统,并测量钠的D线。 利用非序列场追迹技术,充分考虑了标准具中多次反射引起的相干现象,并研究了涂层反射率对条纹对比度的影响。
图片从左往右分别是:图1:Fabry-Péro(法布里珀罗标准结构)、图2:建模任务、图3:所有谱线的可视化、图4,5:锐度与涂层反射率、
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讯技光电Trigger
4月前发布了帖子
Techwiz OLED:OLED器件的发光效率
OLED器件很大程度上取决于各种材料的特性和堆栈结构的厚度。TechWiz OLED 提供了模式分析、外耦合效率和功耗的结果,考虑了微腔效应、pure-cell效应等。
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讯技光电Trigger
4月前发布了帖子
EastWave应用:自动计算光子晶体透反率
本案例使用“自动计算透反率模式”研究光子晶体的透反率,将建立简单二维光子晶体结构以说明透反率的计算方法。图中的数据也可以导出保存在 txt 文件中。展开图数据结构“figure”“coord” “datamgr”“r”/“t”右键“保存并导出”,输入文件名“r.txt”/“t.txt”。文件中第一列将保存横轴频点,第二列为纵轴相应的数据。图片分别为模型示意图、预览网格划分效果、实时场、记录到的数据、Y 方向偏振的透反率
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