Solidworks在几何光学中的应用

2010-09-05光联通讯技术有限公司珠海519100贺谭斌贺莎陈晓红

河南科技 2010年12期

光联通讯技术有限公司珠海519100 贺谭斌贺莎陈晓红

Solidworks在几何光学中的应用

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传统的几何光学主要包括三大定律:光是沿直线传播、反射定律与折射定律。这三大定律在Solidworks中的具体体现是:所画直线代表光的传播方向,入射角与出射角相等代表光的折射定律,利用折射公式计算出折射角,就可以很好的把光学三个定律用三维软件编写出来。

Solidworks几何光学C透镜光路模拟

随着计算机技术的发展,三维、图形软件的出现不仅促进了传统机械加工的发展,同时在各个行业也得到了较好的发展与应用。如:动画设计、服装设计、游戏开发、工业设计、建筑与航空业等都有了相当广泛的应用。

激光的出现为现代光学提供了很好的发展机遇。同时传统光学与现代计算机技术相结合,也给了几何光学带来了一次飞跃的机遇。Solidworks是美国Solidworks公司开发的三维CAD产品,是实行数字化设计的造型软件,在国际上得到广泛的应用。同时具有开放的系统,添加各种插件后,可实现产品的三维建模、装配校验、运动仿真、有限元分析、加工仿真、数控加工及加工工艺的制定,以保证产品从设计、工程分析、工艺分析、加工模拟、产品躬行过程中的数据的一致性,从而真正实现产品的数字化设计和制造,并大幅提高产品的设计效率和质量。

一款在机械设计方面用的非常广的软件,由于其简单的操作与方便的用户界面,在建筑与航空设计方面也用很广泛的运用。所以我们可以利用Solidworks对几何光学进行更进一步的了解。

传统的几何光学主要包括三大定律:光是沿直线传播的、反射定律与折射定律。这三大定律在Solid2 works中的具体体现是:所画直线代表光的传播方向;入射角与出射角相等代表光的反射定律;利用折射公式可画出折射角。利用上述的基本原理,就可以很好的把光学三个定律用Solidworks软件编写出来。熟悉以上操作后我们还需根据实际情况,对软件所提供的功能做进行一步和利用。

图一 Solidworks画出的平面图

由于光学平面或所成的入射角是不同的,故所画图如果不能随入射条件的改变而改变,那么就会失去了直观、方便的优点。同时智能化也是Solidworks用于几何光学的一大亮点。很多熟悉Solidworks的人都会知道,它还有一个较好的功能就是能添加方程式--也就是说把光学方程添加到程序中,根据条件的改变从而改变光路。在上面的平图中我们令向上的光线为入射光,射向左上方的光线为出射光线。分别标出两光线的夹角,并在出射角添加方程令出射角等于入射角。如图二所示:

图二 Solidworks显示的计算公式

上图中,标注时出现了Σ符号时,代表标注是被赋予了公式--即改变我们设定的变量后,带Σ符号的尺寸会有相对应关系的变化。因此如果我们也可以把折射定律输入到软件中,就可以查看具体会影响哪些参数。具体应用见下例子:

例一:我们设n1=1;n2=2;并在图中注明入射角、出射角和折射角(如图三),这里设定好角度与公式后,可以与理论值进行对比。两者的结果相接近。如图四所示,我们改变入射角时角度为20℃时,折射角与反射角都做出了相应的变化。所示的结果也与理论计算值相吻合。

图三 Solidworks的计算一

图四 Solidworks的计算二

从例一我们可以看到,几何光学的三大定律可以用Solidworks进行模拟与计算。并且出来的图像更直观,更形象。对于简单的计算可能体现不出其优越性,因此例二中,我们会选择相对复杂的准直器成像原因进行研究。

例二:我光学设计中我们常用遇到C透镜成像的问题。在光通讯方面,由于与G透镜相比,C透镜具有极大的价格优势,所以其用的范围更广。这样就突出了C透镜的重要性与研究的价值。C透镜多数用于准直器中,但不同透镜的曲率半径,长度等都有会影响成向光的特性。在这情况下我们引进Solidworks对其进行模拟,则可认研究者更好的认识到光的成像等物性: