概述

        美國 Sigmadyne 公司的 SigFit 軟件是專業(yè)的光機熱耦合分析工具，可以將有限元分析得到的光學表面變形等結(jié)果文件通過多項式擬合或插值轉(zhuǎn)化為 Zemax/CodeV 等光學分析軟件的輸入文件，還可實現(xiàn)動態(tài)響應分析、光程差分析、設計優(yōu)化和主動控制光學系統(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，有效提升了光學設計仿真精度，提高了光機產(chǎn)品的成像質(zhì)量與環(huán)境適應性。目前，SigFit 已廣泛應用于空間相機、紅外光學鏡頭、激光引信、激光雷達、光學導引頭、光學傳感器、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 - 熱集成分析與優(yōu)化設計解決方案，基于多學科集成與設計優(yōu)化的思路，實現(xiàn)設計光、機械、電、熱等跨學科綜合系統(tǒng)的自動化仿真與設計優(yōu)化。

產(chǎn)品介紹

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

        ?多項式擬合：將多種輸入格式的數(shù)據(jù)擬合為多項式，擬合類型包括標準和邊緣 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，以用于仿真預測結(jié)果與光學測試結(jié)果的對比，或用于擬合 Zernike 多項式無法準確描述的光學表面變形

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

光機熱耦合分析流程圖

? 高級功能
    ? 主動控制
        分析光學面形 RMS 值隨激勵源數(shù)目的變化關系，分析如何布置激勵源使光學表面 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 / 自適應光學系統(tǒng)的設計過程，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)省設計時間。

    ? 動態(tài)響應
        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械振動與光學性能分析指標聯(lián)系起來，預測不同工況下影響較大的模態(tài)，為設計提供參考，提高仿真分析精度，有效提升光機系統(tǒng)環(huán)境適應性。

    ? 設計優(yōu)化
        將光學表面的 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)化求解器對光學表面的面型、支撐結(jié)構(gòu)、材料參數(shù)等進行優(yōu)化，獲得*佳的光學系統(tǒng)設計方案。

        該模塊使得用戶可以在考慮光學性能的前提下調(diào)用 Nastran 求解器進行優(yōu)化，實現(xiàn)光機系統(tǒng)的多學科綜合優(yōu)化，有效提升光機產(chǎn)品綜合性能。

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

        該模塊提供了熱光分析、應力光學分析、氣動光學分析的實現(xiàn)途徑，在設計階段對熱、應力、氣體密度通過影響光學系統(tǒng)的折射率對光學性能帶來的影響進行分析，實現(xiàn)高精度要求的光機系統(tǒng)設計。

應用&案例
        Courtesy NASA Goddard Space Flight Center 空間望遠鏡主鏡需要通過單點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)設計能夠達到的面型 RMS 值修正效果為 225nm，不能滿足 35nm 的初始設計要求。為此，在鏡片設計過程中利用了 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行了優(yōu)化，終將面型 RMS 的大值降低至 33nm，滿足實際設計要求。

基本設計方案及其主動控制的 RMS 值（225nm）

優(yōu)化后設計方案及其主動控制的 RMS33nm）

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

        潤科通用是 SigFit 中國獨家代理商。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 - 熱耦合分析軟件及完善的光 - 機 - 熱集成分析與優(yōu)化設計解決方案。