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指导教师：辉职称:讲师.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 .172013.6.28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：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、

2、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

3、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 771487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：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

4、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

5、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和 SOLIDWORKS两种软件ZEMAX简介ZEMAX是美国 RadiantZemax1 公司所发

6、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， 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， 如 IGES

7、 、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，ZEMAX光学设计 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

8、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目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）。Solidwor

9、ks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，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

10、。 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

11、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玻璃球的折射率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 OAB=， n2 为玻璃球折射率，由图可以有Tan（ +）

12、=（ 1+sin ） /cos Sin （ 90- )/sin( )=n2当 = /8 时， n2=1.65066又因为 0<< /8,.所以 n2>1.65066取 n2=2设计任务1.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。.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

13、平行阵列， 且间隔球之间的间隔为 0.22mm，阵列出大于5mm的球阵列，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、

14、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的思想， 亲自动手，以实践证实理论， 从实践中加深对理论