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概要

本文演示了 OpticStudio 非序列模式下的一些基本操作。它描述了如何在非序列組件編輯器中創建和編輯對象，如何在布局圖中查看系統，如何在非序列系統中創建光源、透鏡和檢測器，以及如何執行光線追蹤和分析結果。它還展示了一些創建照明應用中常用的光導管和拋物面反射器的示例。

簡介

在非序列光線追蹤中，有許多功能在順序模式下根本不可用。這主要是由于允許非序列射線與其路徑中的任何對象相互作用，并且可以分裂成完全可追溯的子射線。在深入探討演示非序列模式功能的具體示例之前，了解 OpticStudio 非序列模式下的光線追蹤非常重要。

非序列光線追蹤

OpticStudio中有2種不同的光線追蹤模式：順序和非順序。順序模式主要用于設計成像系統，而非序列模式主要用于照明系統設計和雜散光分析。主要區別在于，在非序列模式下，用戶未嚴格按順序指定光線路徑。相反，光線以它們撞擊各種物體和表面的實際物理順序進行跟蹤，這些物體和表面可能不是按表面或對象定義的順序排列的。射線我反復擊中同一個物體，而完全錯過其他物體。射線也可以分裂成反射的、折射的或散射的子射線，并且可以同時追蹤子射線。非序列模式下的主要分析工具是檢測器查看器。它以不同的數據格式在探測器上顯示光線跡線結果，例如相干或不相干輻照度或輻射強度的空間和角度分布。用戶還可以將光線追蹤結果保存到 ZRD 文件中，并使用光線數據庫查看器或路徑分析工具進一步分析光線路徑。

設置基本系統屬性

我們將創建一個非序列系統，該系統具有燈絲源，拋物面反射器和將光耦合到矩形光管中的平凸透鏡，如下面的布局所示。

我們還將分析射線追蹤到探測器，以獲得光學系統中各個點的輻照度分布。以下是我們最終將生產的內容：

要開始使用，請按“設置”將 OpticStudio 切換到非順序模式...系統...非序列。

進入非序列模式后，編輯器的窗口標題欄將顯示非順序分量編輯器 （NSCE），而不是鏡頭數據編輯器。鏡頭數據編輯器僅用于順序或混合模式系統。

在本練習中，我們將設置系統波長，在“設置...系統...系統資源管理器...波長，至 0.587 μm。

我們還將在”設置...系統...系統資源管理器...單位“ 如下。

除了輻射輻照度單位（如 Watt.cm-2）外，您還可以指定光度和能量單位，如 lumen.cm-2或 joule.cm-2。我們將為本練習選擇默認的輻射測量單位。

創建反射器

在非順序組件編輯器中插入幾行，方法是按鍵盤上的<插入>。

在設計的第一部分中，我們將創建一個由拋物面反射器準直的燈絲源。然后，我們將探測器物體放置在距光源的某個Z距離處，并裂解探測器上的輻照度分布。

通過在編輯器中單擊“對象 1”的“對象類型”列或打開“對象 1 屬性”窗口，使第一個對象成為拋物面反射器。將“類型”設置為“標準曲面”。

在 NSCE 中，為對象 1 輸入以下參數。

材料	鏡子
半徑	100
圓 錐形	-1（拋物線）
馬克斯·阿珀爾	150
閩阿珀	20

您可以在“分析...”下打開 NSC 3D 布局。系統查看器...NSC 3D布局，看看這個反射器是什么樣子的。

創建源

我們不會在拋物面反射器的焦點處放置燈絲來準直光束。燈絲線圈將10圈，總長度為20mm，轉彎半徑為5mm。

將 NSCE 中的對象 2 更改為源燈絲，然后輸入以下參數。

Z 位置	50
# 布局光線	20
# 分析射線	5,000,000
長度	20
半徑	5
轉彎	10

通過雙擊來更新 NSC 3D 布局。

布局顯示從源細絲發出的 20 條光線，如 # 布局光線參數中所指定。

旋轉源

源沿 Z 軸定向，但假設我們要沿 X 軸定向它;我們需要將源對象圍繞 Y 軸旋轉 90 度。輸入 90 作為源的 傾斜約 Y 參數。

布局的默認 YZ 平面視圖顯示細絲沿 X 軸定向，但是，XZ 平面視圖顯示細絲已向 +X 軸移動。要旋轉布局，請在“布局”工具欄中更改布局視圖角度。

偏心的原因是因為源細絲的旋轉軸不在對象的中心，而是在末端。要使源在 X 軸居中居中，請在“X 位置”列中輸入 -10。

更新布局，它現在將顯示所需的燈絲位置和方向。

放置探測器

下一步是將探測器物體放置在距光源一定距離處的位置，以研究該位置的輻照度分布。將對象 3 更改為檢測器矩形，然后輸入以下參數。

Z 位置	800
X 半寬	150
Y 半寬	150
# X 像素	150
# Y 像素	150
顏色	1（反灰度）

布局的 YZ 平面視圖顯示：

觀察布局顯示通過探測器的光線。探測器是完全透明的，因為材料類型是空氣（編輯器中的空白）。

追蹤分析光線到探測器

要查看探測器的強度，我們需要通過單擊“分析...”來打開探測器查看器。探測器...探測器查看器。

您會注意到，探測器查看器是空白的，總功率為零，即使我們在布局中看到到達探測器的光線也是如此。原因是光線是針對布局和探測器查看器單獨追蹤的。我們需要首先將分析射線追蹤到探測器才能看到結果。追蹤到探測器的光線數量在編輯器中源燈絲對象的“#分析光線”參數列中指定，這通常是一個很大的數字：在這種情況下為500萬。請記住，布局光線不會影響探測器查看器的結果。只有分析射線才能做到。

要追蹤到檢測器的分析光線，請打開“分析...”下的“檢測器控制”窗口。追蹤光線...光線追蹤。

按 Clear & Trace 可從探測器中清除任何以前的數據，并啟動新的光線追蹤。探測器查看器將顯示輻照度分布，揭示由燈絲源引起的熱點。

如果檢測器查看器看起來不同，請打開檢測器查看器設置窗口，并確保設置如下所示：

您還可以通過在設置中選擇“按上次分析的彩色像素”選項，在 NSC 著色模型布局中查看檢測器跡線結果。

Adding a Plano-Convex Lens

現在我們有了光源和反射器，我們將在探測器右側（+Z）10mm處添加一個折射平面凸透鏡。在編輯器中的“檢測器矩形”之后插入一行，并使用以下參數值鍵入“標準鏡頭”。

引用對象	3
Z 位置	10
材料	N-BK7
半徑 1	300
清除 1	150
邊緣 1	150
厚度	70
清除 2	150
邊緣 2	150

更新 NSC 3D 布局。

請注意，通過在“參考對象”列中輸入值 3 并指定 Z 位置值 10，而不是引用全局頂點（參考對象 = 0）并為 Z 位置參數指定 810mm，我們將鏡頭的位置引用到對象 3（檢測器矩形）。當鏡頭位置參照探測器時，無論探測器位置如何，鏡頭將始終位于探測器右側10mm（+Z）。這是在非順序模式下指定相對對象位置的方式。

要查看聚焦光束的外觀，請在鏡頭右側（+Z）插入另一個探測器矩形（對象5）650mm，并使用以下參數。

引用對象	4
Z 位置	650
X 半寬	100
Y 半寬	100
# X 像素	150
#Y 像素	150
顏色	1

更新 NSC 3D 布局。

追蹤分析光線并考慮偏振損失

通過單擊“分析...”打開另一個檢測器查看器...探測器...檢測查看器并進行如下設置。

現在，我們準備再次追蹤到探測器的分析射線。由于N-BK7透鏡是無涂層的，我們需要考慮反射損耗（菲涅耳反射），因此需要在探測器控制窗口中啟用使用偏振選項。請注意，我們此時沒有分裂光線，因此考慮了反射損失，但反射能量沒有被傳播。單擊“拆分光線”將創建子光線，這些光線會帶走反射的能量。

探測器查看器中報告的總功率現在考慮了鏡頭中的反射損耗和大體積吸收。

添加矩形光導管

作為最后一步，我們將在探測器矩形（對象5）的右側（+ Z）添加一個20mm的矩形丙烯酸光管。在編輯器中添加矩形體積塊對象，在對象 5 之后，使用以下參數。

引用對象	-1
Z 位置	20
材料	丙烯酸
X1 半寬	70
Y1 半寬	70
Z 長度	2000
X2 半寬	70
Y2 半寬	70

輸入材料類型亞克力時，您可能會收到以下消息。單擊“是”，OpticStudio 將向文件中添加 MISC 材料目錄，其中定義了材料丙烯酸。

這一次，我們設置了 Ref Object：-1，它表示編輯器中的前一個對象（對象 5）。這與此參數輸入“5”相同。如果要將編輯器中的對象組復制并粘貼到相同或不同的非順序組件編輯器中，則使用負數為 Ref 對象指定相對對象非常有用。

在編輯器中放置另一個檢測器矩形（對象 7），其中包含以下參數。

引用對象	-1
Z 位置	0
材料	吸收
X 半寬	100
Y 半寬	100
# X 像素	150
# Y 像素	150
顏色	1

使用拾取求解來定位探測器

更新后的 NSC 3D 布局將顯示以下內容。

材料類型設置為“吸收”，以使探測器不透明而不是透明，從布局中可以明顯看出。

由于我們將探測器對象 7 引用到矩形體積并將 Z 位置設置為零，因此探測器位于光導管的前表面。如果我們想將此探測器放置在光管末端10 mm（+Z）處，Z位置值應為2010 mm（矩形體積厚度+ 10）。如果我們將矩形體積的厚度更改為其他值，則對象 7 的 Z 位置也應更改。為方便起見，我們將為探測器的 Z 位置放置一個“拾取求解”，而不是在編輯器中鍵入值 2010 mm。然后，編輯器中的 Z 位置值將自動計算為對象 6 厚度和 10 的總和。

輸入對象 7 厚度的拾取求解，如下所示。

從列設置：參數 3 對應于對象 6 的 Z 長度。在編輯器中，參數旁邊將出現一個字母“P”，指示存在拾取求解。

光線追蹤整個系統

打開第三個檢測器查看器以查看檢測器對象 7 并重新運行光線追蹤。記得選中使用極化，然后按 Clear & Trace。探測器查看器顯示，光導管已有效去除熱點，使輻照度分布幾乎均勻。