FRED案例展示:輻射光源與光通量光源

FRED 可以用輻射通量(瓦特)或光通量(流明)單位表示光源的功率。本文討論了此功能背后的原理。

任何光源的功率都可以用輻射通量或光通量單位表示。輻射通量單位適用于整個電磁頻譜,描述了多種光源,如激光、熱輻射、微波、紫外線等。光通量單位通常用于表征白熾燈、弧光燈、LED 等,僅適用于可見光輻射范圍。

一些光源類型允許用戶選擇以瓦特(W)或流明(lm)指定光源功率。如果選擇了流明選項,則必須從光譜文件夾中選擇一個光譜(可以在光源元件的設置中選擇,也可以在詳細光源的“Wavelength”標簽頁中選擇)。FRED 使用此光譜將光通量轉換為輻射通量單位(瓦特)后再進行光線追跡。通常分配給光通量光源的輻射通量的方法是將流明表示的功率除以關聯光譜的發光效率 K。發光效率 K 定義為:

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其中 Q 是光源光譜,V 是光視光譜效能函數。

選擇光譜后,可以選擇“Randomly according to spectrum ”選項(如下圖所示)。這是一種蒙特卡洛方法,其中光譜充當概率分布,用于為單個光線分配波長。所有光線的通量相同,概率分布將決定在給定波長范圍內生成更多光線的地方,概率較高。

用戶應注意,蒙特卡洛波長生成,會引入額外的色噪聲,這增加了與光線追跡通常相關的泊松統計的空間噪聲。因此,必須增加此類光源的光線數量以考慮這一點。

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第二種選擇是使用波長列表中指定的波長。在這種情況下,用戶可以自由選擇所需范圍內的離散波長數量。鼠標右鍵點擊波長列表,訪問 FRED 的波長范圍對話框(如下圖中的紅框選所示)。設置列表后,再次右鍵點擊以根據光譜應用波長權重(藍箭頭)。當使用“As specified by list ”選項時,對話框右側的光譜選擇將被忽略。這種配置的波長標簽頁為每個指定波長創建相同數量的光線。選擇的波長數量將影響任何顏色計算的準確性。

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作為光通量光源類型的補充,FRED 提供了光通量分析功能,如照度和光強。照度的單位為勒克斯lx(lm/m2)、照度單位(lm/cm2)或英尺燭光(lm/ft2),光照度是輻射通量輻照度(W/m2)的光通量等效量。輻照度和光照度計算使用常規的平面分析面。光強的單位為坎德拉cd(lm/sr),光強度是輻射通量強度(W/sr)的光通量等效量。強度(在極坐標網格上)和光強計算使用方向分析實體。

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