原向反射光路仿真

1、中北大学课程设计说明书学生：学号：学 院：信息与通信工程学院 专 业：光信息科学技术 题 目 基于原向反射屏的激光光幕设计与仿真2013年06月07日（纪念已逝去的大学生活）中北大学课程设计任务书2012/2013学年第_2学期学院:信息与通信工程学院专业：光电信息工程学生姓名:学号：课程设计题目：基于原向反射屏的激光光幕设计与仿真起迄日期:2013.6 .17 2013.6.28课程设计地点：主楼1420实验室指导教师：辉系 主任：程耀瑜下达任务书日期：2013 年6月16日课程设计任务书1. 设计目的："*«w w aw «w n «« h

2、 *"*« R an "* m w*" m n w*« n w * m n w*"*« r 针对zemax软件课程要求，对设计者进行原向反射屏的光路设计、仿真测试等各环 节的综合性训练，培养设计者运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际 问题的能力。设计者必须独立完成一个选题的设计任务。2. 设计容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等)： 设计容:设计原向反射屏zemax光路仿真，1. 技术指标：(1) .探测原向反射的光功率图谱和反射效果；(2) .激光波长为650nm功率为100mw(3) .玻璃微

3、珠直径为0.2mm,折射率为2,利用玻璃微珠阵列模拟原向反射屏；(4) .原向反射屏为平面，长50mm激光发散角为45。2. 设计要求：(1) .要求掌握原向反射原理；(2) .设置相关的参数并设计zemax中的原向反射光路仿真，写出设计总结报告。3 .设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书 （论文）、图纸、实物样品等:1原向反射仿真相关参数设置；2 zemax光路仿真图，仿真结果；3课程设计说明书；课程设计任务书4. 主要参考文献：要求按国标GB 7714 87文后参考文献著录规则书写，例:1傅承义，运泰，祁贵中.地球物理学基础.：科学，1985（5篇以上）5. 设计成果形式及要求

4、：1 zemax原向反射光路仿真图;2课程设计说明书。6. 工作计划及进度:2013年6月17日 2013年6月18日：查资料；2013年6月19日 2013年6月20日：在指导教师指导下设计方案；2013年6月21日2013年6月23日：学生完成实验，指导教师辅导;2013年6月24日 2013年6月26日：撰写课程设计说明书；2013年6月27日:答辩。系主任审查意见：签字：年 月 日目录绪论11设计方案简介2 设计条件及参数表 3 设计参数计算 4设计任务4.1 solidworks 建模4.2 zemax 仿真5心得体会6参考文献绪论弹丸速度是靶场测试中的一个重要参数， 对于飞行物体速

5、度的测试，有多种方 法且各有特点。激光光幕区载测试的方法因其精度高、响应速度快、易实现、非 接触测量等优点常成为靶场弹丸速度测试的首选，但对于弹道散布围大或被测飞 行物体尺寸大的测速场合，大面积有效光幕区域的形成则成为一大难点。 采用玻 璃圆弧柱面反射镜形成大面积有效靶区， 具有反射率高、灵敏度大、像差小等优点，但大尺寸玻璃圆弧反射镜有加工工艺难度高， 加工周期长，光路调整困难等缺点，因此为设计加工调试带来的局限性，本文系统采用玻璃微珠原向反射屏形 成大面积有效光幕区，可直接选用商家产品，更因其独特的原向反射特性，使系 统的光学部分安装调试简洁方便，经靶场实弹测试证明，该系统同时具备有效靶 区

6、面积大，灵敏度高，响应速度快等优点。本次课程设计需要用到 ZEMAX口 SOLIDWOR两种软件ZEMAX!介ZEMAX是美国Radiant Zemax公司所发展出的光学设计软件，可做光学组 件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合 优化，公差等分析功能，是套可以运算 sequential及Non-Sequential的软件。 美国Radiant Zemax在中国成立Zemax大中华区技术支持和销售中心， 瑞淀曦脉 贸易（）。ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、 分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX不只是透镜设计软件而已

7、，更是全功能 的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX的CAD转文件程序都是双向的，女口 IGES、STEP、 SAT等格式都可转入及转出。而且 ZEMAW仿真Seque ntial 和Non-Sequential的成像系统和非成像系统，ZEMAXt学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概 念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。 包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化， 分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX功能强大，速

8、度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。ZEMAX能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。ZEMAX的界 面简单易用，只需稍加练习， 就能够实现互动设计。ZEMAX中有很多功能能够 通过选择对话框和下拉菜单来实现。同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。 手册中对使ZEMAX时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行 了描述。ZEMAX!前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。 该软件拥有两大特 点，就是可以实现序列和非序列分析。 在全球围，这款软件已经被广大的应用在 设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以

9、及漫射光的设计应用方面。ZEMAX有三种不同的版本：ZEMAX-SE标准版）；ZEMAX-EE工程版）；ZEMAX-IE （完整版）。Solidworks 简介SolidWorks公司成立于1993年，在1995年推出第一套 SolidWorks三维机械 设计软件。其是专业从事三维机械设计、工程分析和产品数据管理软件开发和营 销的跨国公司，其软件产品 Solidworks提供一系列的三维（3D）设计产品，帮 助设计师减少设计时间，增加精确性，提高设计的创新性，并将产品更快推向市场。软件特点：Solidworks软件功能强大，组件繁多。Solidworks有功能强大、易 学易用和技术创新三大特点

10、，这使得 SolidWorks成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间完成大型装配设计。 SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它 可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，用户能在比较短的时间完成更多 的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维 CAD解决方案中，SolidWorks

11、是设计过程比较 简便而方便的软件之一。在强大的设计功能和易学易用的操作协同下，使用 SolidWorks，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工 程图之间的是全相关的。1. 设计方案简介本设计是基于zemax软件和soildworks 软件为基础的仿真测试，其中，以 solidworks软件进行建模，构建了玻璃球和纯银“碗”，并按要求进行了阵列， 构建出两个光屏元件。再把构建的光屏元件导入zemax软件中，使用非线性序列 进行原向反射屏的激光光幕仿真。2. 设计条件及主要参数表本设计是在计算机运行环境下进行的，相对比较理想的环境下仿真。 参数表玻璃球中光线与法线的夹角n2玻璃

12、球的折射率a水平面与光线的夹角3. 设计主要参数计算图1玻璃球中的反射光路图如图1所示，设/ OABa n2为玻璃球折射率，由图可以有Tan ( c+) = (1+sin a) /cos aSin (90- O )/sin(®=n2当 a=刃 /8 时，n2=1.65066又因为0<a< /8,所以 n2>1.65066 取 n2=2设计任务l. solidworks 的建模打开solidworks，在草图中进行画图，先画个半径为0.1mm的圆，再以直径为轴旋转360度，就可以的到一个球，并设球的材质为纤维类图2建模单球先画一个半径为 0.11mm的半球，并以半球的

13、中心切除一个半径为0.1mm的半球，就可以的到一个“碗”，并设“碗”的材质为纯银类。盂 IFWLV哼: 戸FTCntggp-.雪耳肚t；!如 “Sts.廿E© !S <# 话fl> 凶I* ?PCJH眸i督«殍R nr 1 旷 wrw is* 若 naM 4烛*拖皿 窗理帼IE毎 im 鼻 用 Ugfll 吨IN 1 呂用苗*社f »中.H g jjit*SHitsj怎.-工伍彳国！*ML "r斗S3，圖勺:WLgran图3建模“碗”以画好的半径为0.1mm的球为基球，设置基准面进行平行阵列，且间隔球之间的间隔为0.22mm阵列出大于5mm勺

14、球阵列，大约25个球图4建模单球阵列以画好的外径为 0.11mm,经为0.1mm的“碗”为基模型，设置基准面进行平行阵列，且个个碗之间的间隔为 0.22mm,准列出大于5mm的碗阵列，大约 25个碗图5建模碗的阵列2.Zemax的仿真4. 心得体会通过本门课程设计，我了解了激光光幕区截测试弹丸速度的方法， 对这种测速 方法有了一个初步的认识；同时本门课程设计培养了我在实践中研究问题， 分析 问题和解决问题的能力，使我在日后的学习生活中获益匪浅。ZEMAX是 一套综合性的光学设计仿真软件， 它将实际光学系统的设计概念、 优 化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX不只是透镜设计软件而已，更是

15、全 功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是 ZEMAX的CAD转文件程序都是双向的，如IGES、 STEP、SAT等格式都可转入及转出。而且ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential的成像系统和非成像系统，利用玻璃微珠球原向反射屏形成有效的光带区，这种技术需要数学，物理学， 力学，机械等知识，同时还要掌握各种物理量的变换原理以及实验装置的设计和 数据分析等方面所涉及的基础理论。许多测试理论和方法只有通过我们自己的实 际验证才能加深理解并真正掌握。 实验就是让我们加深理解所学的基础知识， 记 录仪器的基本原理和适用围，具有实验数据处理和误差分析能力， 得到基本实验 技能与分析能力的训练。通过实验，我们才能提高独立进行操作各种实验器材以 及处理实验数据的能力，才能对所学的各门知识得到融会贯通的认知和掌握，加深对理论知识的理解。实践是我们快速认知和掌握理论知识的一条重要途径。因此我们应该坚持理论联系实际