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GLAD：透射元件中由熱效應(yīng)導(dǎo)致的波前畸變

概述
 

透射率元件中的熱致波前畸變主要包括兩個(gè)部分：（1）由折射率變化導(dǎo)致波前畸變以以及（2）由溫度導(dǎo)致的厚度變化所引起的波前畸變。

GLAD中支持三種材料，分別為光學(xué)材料、固體非光學(xué)材料和流體。光學(xué)材料包含了一個(gè)內(nèi)部熱源分布，可以對(duì)閃光燈泵浦類似的熱效應(yīng)進(jìn)行建模。表征光學(xué)材料的參數(shù)包括熱導(dǎo)率、密度熱容積、折射率以及折射率的1階、2階導(dǎo)數(shù)，以及熱膨脹系數(shù)。固體非光學(xué)材料只具有熱性質(zhì)。流體通過一個(gè)熱對(duì)流系數(shù)表征，并假設(shè)流體會(huì)保持它的溫度不變，即流體中的熱能是不守恒的。
 

系統(tǒng)描述
 

本例介紹了一個(gè)玻璃窗口被一個(gè)金屬鋁環(huán)包圍，并通過壓縮空氣對(duì)其進(jìn)行降溫。“thermal/material/add”命令可以將三種材料的熱分布整合在一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣中。GLAD通過特定材料的名稱在MATLIB中實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料的調(diào)用。在每個(gè)熱區(qū)域，一共可以定義4種材料。光學(xué)材料中，虛部包含了內(nèi)部的熱源分布。流體中，虛部包含了傳導(dǎo)常數(shù)分布。
 

初始狀態(tài)時(shí)玻璃窗口和圓環(huán)的溫度為30度，壓縮空氣為25度，并通過“thermal/settle”命令實(shí)現(xiàn)了熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。壓縮空氣向內(nèi)流動(dòng)對(duì)窗口冷卻，內(nèi)部熱源在窗口的中心位置開始發(fā)出熱量。對(duì)于相距0.1cm的兩個(gè)陣列點(diǎn)，材料的熱時(shí)間常數(shù)分別為：玻璃，2秒；鋁，0.0043秒；壓縮空氣，12.2秒。鋁的熱導(dǎo)率非常高，熱量不斷地向空氣中擴(kuò)散。在5秒時(shí)，內(nèi)部熱源的影響幾乎觀察不到，但是在20秒時(shí)已經(jīng)非常的明顯了。當(dāng)時(shí)間達(dá)到150秒時(shí)內(nèi)部熱源的加熱與壓縮空氣的冷卻達(dá)到了一個(gè)穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。
 

模擬結(jié)果

 

圖1.初始設(shè)定的材料分布情況

圖2.初始設(shè)定的溫度分布情況

  

圖3.5秒時(shí)的溫度分布

 

圖4.20秒時(shí)的溫度分布

 

圖5.150秒時(shí)（穩(wěn)態(tài)）的溫度分布