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GLAD：透射元件中由熱效應導致的波前畸變

概述
 

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

GLAD中支持三種材料，分別為光學材料、固體非光學材料和流體。光學材料包含了一個內部熱源分布，可以對閃光燈泵浦類似的熱效應進行建模。表征光學材料的參數包括熱導率、密度熱容積、折射率以及折射率的1階、2階導數，以及熱膨脹系數。固體非光學材料只具有熱性質。流體通過一個熱對流系數表征，并假設流體會保持它的溫度不變，即流體中的熱能是不守恒的。
 

系統描述
 

本例介紹了一個玻璃窗口被一個金屬鋁環包圍，并通過壓縮空氣對其進行降溫。“thermal/material/add”命令可以將三種材料的熱分布整合在一個數據矩陣中。GLAD通過特定材料的名稱在MATLIB中實現對各種材料的調用。在每個熱區域，一共可以定義4種材料。光學材料中，虛部包含了內部的熱源分布。流體中，虛部包含了傳導常數分布。
 

初始狀態時玻璃窗口和圓環的溫度為30度，壓縮空氣為25度，并通過“thermal/settle”命令實現了熱傳導和熱對流。壓縮空氣向內流動對窗口冷卻，內部熱源在窗口的中心位置開始發出熱量。對于相距0.1cm的兩個陣列點，材料的熱時間常數分別為：玻璃，2秒；鋁，0.0043秒；壓縮空氣，12.2秒。鋁的熱導率非常高，熱量不斷地向空氣中擴散。在5秒時，內部熱源的影響幾乎觀察不到，但是在20秒時已經非常的明顯了。當時間達到150秒時內部熱源的加熱與壓縮空氣的冷卻達到了一個穩定平衡的狀態。
 

模擬結果

 

圖1.初始設定的材料分布情況

圖2.初始設定的溫度分布情況

  

圖3.5秒時的溫度分布

 

圖4.20秒時的溫度分布

 

圖5.150秒時（穩態）的溫度分布