[发明专利]一种基于无序折射率的热光效应分析方法

说明书

本发明涉及一种基于无序折射率的热光效应分析方法，包括：步骤(1)：获取光学系统的温度场数据；步骤(2)：基于所述温度场数据，计算光学系统的折射率分布函数，并基于所述折射率分布函数计算光学系统的无序折射率；步骤(3)：基于所述折射率分布函数中的无序折射率系数和光学系统的无序折射率，对光学系统进行折射率面拟合；步骤(4)：对折射率面拟合后的光学系统的光线传输情况进行分析。本发明能够对光学系统的热光效应进行有效分析。

技术领域

本发明涉及光机热集成分析技术领域，特别是涉及一种基于无序折射率的热光效应分析方法。

背景技术

光机热集成分析技术可有效解决多学科耦合分析问题，打破各学科间的壁垒，被广泛应用于空间光学系统的分析。受空间环境影响，在不同的工况下，因温度和机械受力不同，光学系统表面会发生形变，影响光学系统的成像质量。

光机热耦合分析通过数据转换接口程序将光学、结构和热三种物理场集成在统一的仿真环境下，实现多种载荷综合作用下光机系统的总体性能评估。常用的面形拟合方法包括：最小二乘法、施密特正交法、协方差方法、SVD方法、Zenike多项式拟合法等。

现有技术存在的问题或不足之处

光学系统受极端工况条件影响，如受热不均时，会导致镜头折射率的杂散分布。因热胀冷缩效应，温度一方面影响镜头材料的折射率，另一方面直接影响镜头面型的变化。当前，通常采用OPD积分法来表示温度变化引起的折射效应。在使用OPD积分方法分析折射率随温度变化时，积分路径起始于入射面，按照光线在透镜内沿直线传播的原理，近似计算积分路径，仅取决于入射点位置、入射孔径、出射孔径的大小，因此计算精度低，无法真正模拟受热不同时，透镜内部光线传播的实际情况。

另一方面，由于OPD与物理长度相关，相位表示只能在一个波长上使用。因此，OPD积分法依赖于单波长的光学特性，在光学分析中，一次只能使用特定一个波长的分析结果，无法进行多光谱分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无序折射率的热光效应分析方法，能够对光学系统的热光效应进行有效分析。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于无序折射率的热光效应分析方法，包括：

步骤(1)：获取光学系统的温度场数据；

步骤(2)：基于所述温度场数据，计算光学系统的折射率分布函数，并基于所述折射率分布函数计算光学系统的无序折射率；

步骤(3)：基于所述折射率分布函数中的无序折射率系数和光学系统的无序折射率，对光学系统进行折射率面拟合；

步骤(4)：对折射率面拟合后的光学系统的光线传输情况进行分析。

所述步骤(2)中的光学系统的折射率分布函数公式为：

其中，n为光学系统材料中一点处的折射率分布函数，T为温度，λ为波长，n_ref表示光学系统在参考温度情况下的相对折射率，T_ref表示参考温度，A₀、A₁、E₀、E₁、λ_TK均为光学系统中透镜材料参数。

所述步骤(2)通过计算光学系统的无序折射率，其中，为光学系统的无序折射率，n为光学系统材料中一点处的折射率分布函数，dl为光线轨迹上的微弧长，为单位矢量。