概述

        美國 Sigmadyne 公司的 SigFit 軟件是專業(yè)的光機(jī)熱耦合分析工具，可以將有限元分析得到的光學(xué)表面變形等結(jié)果文件通過多項式擬合或插值轉(zhuǎn)化為 Zemax/CodeV 等光學(xué)分析軟件的輸入文件，還可實(shí)現(xiàn)動態(tài)響應(yīng)分析、光程差分析、設(shè)計優(yōu)化和主動控制光學(xué)系統(tǒng)的促動器布局及優(yōu)化等。SigFit 幫助用戶完美解決了不同學(xué)科間的數(shù)據(jù)傳遞難題，大縮短了研發(fā)周期，節(jié)省了研發(fā)成本，有效提升了光學(xué)設(shè)計仿真精度，提高了光機(jī)產(chǎn)品的成像質(zhì)量與環(huán)境適應(yīng)性。目前，SigFit 已廣泛應(yīng)用于空間相機(jī)、紅外光學(xué)鏡頭、激光引信、激光雷達(dá)、光學(xué)導(dǎo)引頭、光學(xué)傳感器、激光通信、顯微光刻等的研發(fā)階段。

        潤科通用針對客戶需求，提供了成熟的光 - 機(jī) - 熱集成分析與優(yōu)化設(shè)計解決方案，基于多學(xué)科集成與設(shè)計優(yōu)化的思路，實(shí)現(xiàn)設(shè)計光、機(jī)械、電、熱等跨學(xué)科綜合系統(tǒng)的自動化仿真與設(shè)計優(yōu)化。

產(chǎn)品介紹

? 基本功能
    ? 面型擬合
        將熱與機(jī)械分析得到的溫度、應(yīng)力及面型變化等分析結(jié)果導(dǎo)入 SigFit，通過多項式擬合或插值，轉(zhuǎn)換為光學(xué)分析軟件可以讀取的格式，直接在光學(xué)分析軟件中考慮系統(tǒng)受到外界熱、機(jī)械作用后的光學(xué)性能變化。

        ?多項式擬合：將多種輸入格式的數(shù)據(jù)擬合為多項式，擬合類型包括標(biāo)準(zhǔn)和邊緣 Zernike 多項式、非球面多項式、XY多項式等九種格式

        ?表面變形插值：將光學(xué)測試的試驗數(shù)據(jù)或有限元仿真的網(wǎng)格數(shù)據(jù)插值為一個數(shù)組或者另一種網(wǎng)格結(jié)果，以用于仿真預(yù)測結(jié)果與光學(xué)測試結(jié)果的對比，或用于擬合 Zernike 多項式無法準(zhǔn)確描述的光學(xué)表面變形

        該模塊完美解決了不同學(xué)科間數(shù)據(jù)傳遞難題，幫助用戶實(shí)現(xiàn)從有限元分析到光學(xué)分析軟件的無縫連接。

光機(jī)熱耦合分析流程圖

? 高級功能
    ? 主動控制
        分析光學(xué)面形 RMS 值隨激勵源數(shù)目的變化關(guān)系，分析如何布置激勵源使光學(xué)表面 RMS 值*小，為施加激勵源的位置和大小提供參考；根據(jù)一定約束自動優(yōu)化、計算施加激勵源的位置。

        該模塊用于主動控制 / 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計過程，綜合考慮多個促動器的交叉影響，幫助用戶優(yōu)化整體促動器布局方案，節(jié)省設(shè)計時間。

    ? 動態(tài)響應(yīng)
        基于有限元固有頻率分析結(jié)果、通過用戶在 SigFit 中指定的激勵載荷和阻尼等計算面形由于諧波振動 / 隨機(jī)振動 / 瞬態(tài)載荷引起的剛體位移、曲率變化、RMS 誤差、傳遞函數(shù)變化、LOS 晃動以及各階模態(tài)對 RMS 的影響等。

        該模塊可幫助用戶將機(jī)械振動與光學(xué)性能分析指標(biāo)聯(lián)系起來，預(yù)測不同工況下影響較大的模態(tài)，為設(shè)計提供參考，提高仿真分析精度，有效提升光機(jī)系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性。

    ? 設(shè)計優(yōu)化
        將光學(xué)表面的 Zernike 系數(shù)、面型 RMS 值、PV 值等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?Nastran 格式的方程，利用 Nastran 的優(yōu)化求解器對光學(xué)表面的面型、支撐結(jié)構(gòu)、材料參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，獲得*佳的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方案。

        該模塊使得用戶可以在考慮光學(xué)性能的前提下調(diào)用 Nastran 求解器進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)光機(jī)系統(tǒng)的多學(xué)科綜合優(yōu)化，有效提升光機(jī)產(chǎn)品綜合性能。

    ? 光程差分析
        包括熱光分析，應(yīng)力光學(xué)分析及氣動光學(xué)分析三大類。利用有限元分析 / 流體分析得到的應(yīng)力、溫度分析結(jié)果 / 流體的密度分析結(jié)果，根據(jù)溫度、應(yīng)力、密度與折射率之間的關(guān)系，計算得到對應(yīng)的光程差及雙折射等光學(xué)特性。

        該模塊提供了熱光分析、應(yīng)力光學(xué)分析、氣動光學(xué)分析的實(shí)現(xiàn)途徑，在設(shè)計階段對熱、應(yīng)力、氣體密度通過影響光學(xué)系統(tǒng)的折射率對光學(xué)性能帶來的影響進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)高精度要求的光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計。

應(yīng)用&案例
        Courtesy NASA Goddard Space Flight Center 空間望遠(yuǎn)鏡主鏡需要通過單點(diǎn)的主動控制來保證其面型 RMS 值，主鏡背面原始的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠達(dá)到的面型 RMS 值修正效果為 225nm，不能滿足 35nm 的初始設(shè)計要求。為此，在鏡片設(shè)計過程中利用了 SigFit 的結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，在 SigFit 中將面型 RMS 值轉(zhuǎn)換為 Nastran 語言方程，通過調(diào)用 Nastran 的優(yōu)化求解器對鏡面支撐形狀進(jìn)行了優(yōu)化，終將面型 RMS 的大值降低至 33nm，滿足實(shí)際設(shè)計要求。

基本設(shè)計方案及其主動控制的 RMS 值（225nm）

優(yōu)化后設(shè)計方案及其主動控制的 RMS33nm）

        SigFit 涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括制圖、能源研究、天文、醫(yī)學(xué) ( 隱形眼鏡、人工晶體 )、通訊、娛樂 ( 電影放映 )、顯微光刻等，目前已成功應(yīng)用于 TMT(Thirty Meter Telescope)、NASA James Webb 空間望遠(yuǎn)鏡、NASA Europa Clipper 等系統(tǒng)的研發(fā)階段。

        潤科通用是 SigFit 中國獨(dú)家代理商。目前，潤科通用已為包括以下客戶在內(nèi)的多家單位提供了光 - 機(jī) - 熱耦合分析軟件及完善的光 - 機(jī) - 熱集成分析與優(yōu)化設(shè)計解決方案。