概述
美國 Sigmadyne 公司的 SigFit 軟件是專業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果文件通過多項式擬合或插值轉化為 Zemax/CodeV 等光學分析軟件的輸入文件，還可實現動態響應分析、光程差分析、設計優化和主動控制光學系統的促動器布局及優化等。SigFit 幫助用戶完美解決了不同學科間的數據傳遞難題，大縮短了研發周期，節省了研發成本，有效提升了光學設計仿真精度，提高了光機產品的成像質量與環境適應性。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 - 熱集成分析與優化設計解決方案，基于多學科集成與設計優化的思路，實現設計光、機械、電、熱等跨學科綜合系統的自動化仿真與設計優化。
產品介紹
? 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果導入 SigFit，通過多項式擬合或插值，轉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據擬合為多項式，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據或有限元仿真的網格數據插值為一個數組或者另一種網格結果，以用于仿真預測結果與光學測試結果的對比，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據傳遞難題，幫助用戶實現從有限元分析到光學分析軟件的無縫連接。
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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；根據一定約束自動優化、計算施加激勵源的位置。
該模塊用于主動控制 / 自適應光學系統的設計過程，綜合考慮多個促動器的交叉影響，幫助用戶優化整體促動器布局方案，節省設計時間。
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? 動態響應
基于有限元固有頻率分析結果、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 / 瞬態載荷引起的剛體位移、曲率變化、RMS 誤差、傳遞函數變化、LOS 晃動以及各階模態對 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系起來，預測不同工況下影響較大的模態，為設計提供參考，提高仿真分析精度，有效提升光機系統環境適應性。
? 設計優化
將光學表面的 Zernike 系數、面型 RMS 值、PV 值等參數轉變為 Nastran 格式的方程，利用 Nastran 的優化求解器對光學表面的面型、支撐結構、材料參數等進行優化，獲得*佳的光學系統設計方案。
該模塊使得用戶可以在考慮光學性能的前提下調用 Nastran 求解器進行優化，實現光機系統的多學科綜合優化，有效提升光機產品綜合性能。
? 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、溫度分析結果 / 流體的密度分析結果，根據溫度、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途徑，在設計階段對熱、應力、氣體密度通過影響光學系統的折射率對光學性能帶來的影響進行分析，實現高精度要求的光機系統設計。
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構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 的結構優化功能，在 SigFit 中將面型 RMS 值轉換為 Nastran 語言方程，通過調用 Nastran 的優化求解器對鏡面支撐形狀進行了優化，終將面型 RMS 的大值降低至 33nm，滿足實際設計要求。
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基本設計方案及其主動控制的 RMS 值（225nm）
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優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 等系統的研發階段。
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 - 熱集成分析與優化設計解決方案。
