非序列光線追跡軟件的案例
非序列配置：如何使用光線追跡和場(chǎng)追跡的仿真設(shè)置
? 能量閾值越小，追跡的路徑越多。
4. 最高級(jí)別(非序列光線\光場(chǎng)追跡)
? 最高級(jí)別是非序列追跡引擎的停止標(biāo)準(zhǔn)。
? 該參數(shù)直接限制每個(gè)非序列路徑檢測(cè)到的表面過(guò)度/相互作用的數(shù)量。
最高級(jí)別：過(guò)度/相互作用
對(duì)于非順序的傳播VirtualLab跟蹤不同的光路/信道：
? 相鄰圖示說(shuō)明了在非順序模擬過(guò)程中使用的級(jí)別編號(hào)。
? 隨著每個(gè)表面的相互作用，等級(jí)會(huì)增加。
L＃ ……光傳播的級(jí)別
I＃ ……表面相互作用
相關(guān)級(jí)別的默認(rèn)值為100。
? 下面顯示了最高級(jí)別的影響示例。
? 就本例而言，入射角為30°的平面波通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)具的傳播。
? 最高級(jí)別越高，追跡的路徑越多。
5. 路徑檢測(cè)(非序列光線\光場(chǎng)追跡)
? VirtualLab使用兩步過(guò)程追跡非順序場(chǎng)。
? 在第一步中，VirtualLab將搜索存在哪些光路。在第二步中，場(chǎng)沿著已找到的路徑傳播。
? 光路搜索意味著識(shí)別哪些光路/光柵區(qū)域存在哪些入射和出射通道。
? 這是通過(guò)默認(rèn)為1的信道分辨率精度完成的。
6. 路徑可視化(非序列光線\光場(chǎng)追跡)
? 在3D視圖中僅顯示入射檢測(cè)器的路徑參數(shù)控制所有場(chǎng)的非序列路徑的可視化。
? 對(duì)于雜散光可視化，看到?jīng)]有入射指定檢測(cè)器的光路可能會(huì)很有趣
7. 文件和技術(shù)信息
展開(kāi) 經(jīng)過(guò)玻璃平板的非序列光線追跡
虛擬和混合現(xiàn)實(shí)>近眼顯示
任務(wù)/系統(tǒng)描述
亮點(diǎn)
非序列光場(chǎng)追跡，具有可控制的輸入/輸出正向及反向通道邏輯
說(shuō)明：光源
說(shuō)明：準(zhǔn)直透鏡
說(shuō)明：玻璃平板
說(shuō)明：通道邏輯
說(shuō)明：探測(cè)器
結(jié)果：3D光線追跡&點(diǎn)列圖
結(jié)果：3D光線追跡&點(diǎn)列圖
結(jié)果：3D光線追跡&點(diǎn)列圖
文件&技術(shù)信息
[VirtualLab] 非序列追跡的通道設(shè)置
? 定義一個(gè)理想的光柵，周期2μm，衍射效率為:
T0=10%
T+1=60%
T+2=10%
表面1區(qū)域： 打開(kāi)-/+
表面2區(qū)域： 打開(kāi)+/+
[包括T0、T+1、T+2衍射級(jí)次]
文檔信息
拓展閱讀
- 平板玻璃的非序列光線追跡分析
- 平面或曲面標(biāo)準(zhǔn)具的建模
- 統(tǒng)一多通道光波導(dǎo)外耦合光柵的優(yōu)化
VirtualLab：非序列追跡的通道設(shè)置
通道定義
每個(gè)表面有四個(gè)可選的通道，至少應(yīng)該激活一個(gè)通道以進(jìn)行追跡。
可以為每個(gè)表面單獨(dú)定義通道。
不同的通道設(shè)置會(huì)導(dǎo)致不同的建模方案。
要更改“常規(guī)光學(xué)設(shè)置”中元件的通道，請(qǐng)將主菜單中的“Light Path Finder”部分的設(shè)置更改為“手動(dòng)配置”。
要更改“常規(guī)光學(xué)設(shè)置”中元件的通道，請(qǐng)將主菜單中的“Light Path Finder”部分的設(shè)置更改為“手動(dòng)配置”。
區(qū)域通道
表面的區(qū)域
可以定義表面上的各個(gè)區(qū)域，并單獨(dú)定義它們的光學(xué)特性，包括通道設(shè)置。
區(qū)域定義
在第一個(gè)表面上創(chuàng)建一個(gè)矩形區(qū)域。
將區(qū)域大小設(shè)置為
2.25 mm×2.25 mm，其中心位置x方向設(shè)置為-3.6 mm。
在第一個(gè)表面上創(chuàng)建一個(gè)矩形區(qū)域。
將區(qū)域大小設(shè)置為2.25 mm×2.25 mm，其中心位置x方向設(shè)置為-3.6 mm。
將該區(qū)域定義為一個(gè)單透射級(jí)次T0 = 50 %和一個(gè)單反射級(jí)次R0 = 50 %的光柵，構(gòu)成半反射鏡。
在這里我們只處理零階衍射，這與通常基于折射的透射和反射相同。
給出了從背面入射的效率；在這個(gè)例子中，T和R分別對(duì)應(yīng)于-/-和-/+通道。
區(qū)域定義
按照與表面相同的規(guī)則設(shè)置該區(qū)域的通道。
區(qū)域定義
可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
區(qū)域定義
可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
我們?cè)诘诙€(gè)表面上添加一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長(zhǎng)），中心位置沿x方向-8.2 mm
區(qū)域定義
可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
我們?cè)诘诙€(gè)表面上添加另一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長(zhǎng)），中心位置沿x方向-8.2 mm。
展開(kāi) 
非序列追跡的通道設(shè)置
如何調(diào)整表面上的通道和表面上的任何可能的光柵區(qū)域，以及如何用這些設(shè)置來(lái)控制仿真。
建模任務(wù)
VirtualLab Fusion可以靈活地配置表面和（光柵）區(qū)域的通道。通過(guò)調(diào)整通道配置，可以輕松地實(shí)現(xiàn)所需的建模方案。我們使用一個(gè)具有兩個(gè)表面的光波導(dǎo)的案例來(lái)演示通道的配置。顯示了由不同的設(shè)置組合產(chǎn)生的光路結(jié)果。此外，我們還在光波導(dǎo)表面上添加了光柵區(qū)域，并演示了這些區(qū)域的通道配置，以及這些區(qū)域的光柵參數(shù)。
初始化
?
使用兩個(gè)平面表面創(chuàng)建一個(gè)由熔融石英制成的、厚度為5 mm的平面光波導(dǎo)。
表面通道
?
我們?cè)诘诙€(gè)表面上添加一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長(zhǎng)），中心位置沿x方向-8.2 mm
?
可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
區(qū)域定義
T+2=10%
T+1=60%
T0=10%
?
定義一個(gè)理想的光柵，周期2μm，衍射效率為
展開(kāi) 非序列光場(chǎng)追跡
摘要
通過(guò)考慮諧波場(chǎng)而非光線，光場(chǎng)追跡法對(duì)光線追跡法進(jìn)行了概括推廣。光場(chǎng)追跡法可以容許位于系統(tǒng)不同子區(qū)域的不同的建模技術(shù)進(jìn)行無(wú)縫連接。基于分解和互聯(lián)的理念，這篇文章介紹了非序列場(chǎng)追跡的基本概念，同時(shí)推導(dǎo)出了相應(yīng)的算子方程組和一個(gè)求解公式用于仿真。對(duì)問(wèn)題的求值需要局部麥克斯方程的解（分解）；并且隨著迭代過(guò)程的收斂實(shí)現(xiàn)解決方案在通過(guò)界面處的連續(xù)性（互聯(lián)）。通過(guò)使用引入的一種新的光路樹(shù)算法，對(duì)需要求解的局部問(wèn)題的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。最后，我們展示了一些選擇局部麥克斯韋方程組的案例和數(shù)值結(jié)果。
1.簡(jiǎn)介
現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要高級(jí)模擬技術(shù)。通常，仿真過(guò)程中需要在時(shí)域或者頻域中求解麥克斯韋方程組。即使這些方程的解決方案已經(jīng)在過(guò)去數(shù)十年被廣泛的討論，使用比如有限元法（FEM），但由于以下主要原因，其在光學(xué)領(lǐng)域仍然非常具有挑戰(zhàn)性：（1）感興趣的波長(zhǎng)一般在1微米以下，有時(shí)甚至在100納米之下，（2）一個(gè)系統(tǒng)中的長(zhǎng)度量級(jí)可能在納米和米之間變化。應(yīng)用波長(zhǎng)532納米（綠光）的標(biāo)準(zhǔn)激光系統(tǒng)，使用特征尺寸僅有幾微米的結(jié)構(gòu)界面并且需要在一個(gè)系統(tǒng)中與數(shù)厘米或者米的結(jié)構(gòu)一同模擬。這表明物理光學(xué)模擬，例如，使用標(biāo)準(zhǔn)的有限元法，如今在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)上并不可行。
另一方面，大部分光學(xué)系統(tǒng)可以通過(guò)使用近似的方法，實(shí)現(xiàn)足夠精確的模擬。尤其是光線追跡方法在光學(xué)模擬中得到了廣泛的使用。幾款基于光線追跡方法的商業(yè)工具在二十世紀(jì)八十年代隨著個(gè)人電腦技術(shù)的新興便已確立。然而，光線追跡方法有一些嚴(yán)重的限制，例如，當(dāng)系統(tǒng)中存在微結(jié)構(gòu)時(shí)，其便會(huì)失效。
這就是我們引入場(chǎng)追跡的原因[6,12]。場(chǎng)追跡將一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)分解成子域。與光線追跡相比，場(chǎng)追跡是計(jì)算通過(guò)系統(tǒng)的電磁諧波場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，此方法具有三個(gè)基本的優(yōu)勢(shì)：（1）場(chǎng)追跡法統(tǒng)一光學(xué)建模。
展開(kāi) 非序列追跡的通道設(shè)置
通道定義
l每個(gè)表面有四個(gè)可選的通道，至少應(yīng)該激活一個(gè)通道以進(jìn)行追跡。
l可以為每個(gè)表面單獨(dú)定義通道。
l不同的通道設(shè)置會(huì)導(dǎo)致不同的建模方案。
要更改“常規(guī)光學(xué)設(shè)置”中元件的通道，請(qǐng)將主菜單中的“Light Path Finder”部分的設(shè)置更改為“手動(dòng)配置”。
區(qū)域通道
表面的區(qū)域
可以定義表面上的各個(gè)區(qū)域，并單獨(dú)定義它們的光學(xué)特性，包括通道設(shè)置。
區(qū)域定義
l在第一個(gè)表面上創(chuàng)建一個(gè)矩形區(qū)域。
l將區(qū)域大小設(shè)置為
l2.25 mm×2.25 mm，其中心位置x方向設(shè)置為-3.6 mm。
l在第一個(gè)表面上創(chuàng)建一個(gè)矩形區(qū)域。
l將區(qū)域大小設(shè)置為2.25 mm×2.25 mm，其中心位置x方向設(shè)置為-3.6 mm。
l將該區(qū)域定義為一個(gè)單透射級(jí)次T0 = 50 %和一個(gè)單反射級(jí)次R0 = 50 %的光柵，構(gòu)成半反射鏡。
l在這里我們只處理零階衍射，這與通常基于折射的透射和反射相同。
給出了從背面入射的效率；在這個(gè)例子中，T和R分別對(duì)應(yīng)于-/-和-/+通道。
區(qū)域定義
按照與表面相同的規(guī)則設(shè)置該區(qū)域的通道。
區(qū)域定義
可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
區(qū)域定義
l可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
l我們?cè)诘诙€(gè)表面上添加一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長(zhǎng)），中心位置沿x方向-8.2 mm
區(qū)域定義
l可以在一個(gè)給定的區(qū)域上定義一個(gè)衍射光柵。
l我們?cè)诘诙€(gè)表面上添加另一個(gè)矩形區(qū)域（2.25 mm邊長(zhǎng)），中心位置沿x方向-8.2 mm。
展開(kāi) Offner系統(tǒng)的非序列場(chǎng)追跡分析
光線應(yīng)該在兩面鏡子之間來(lái)回反射。VirtualLab中，這種光學(xué)系統(tǒng)可以通過(guò)非順序擴(kuò)展的方式更加方便地進(jìn)行設(shè)置。在該示例中，完成一個(gè)Offner系統(tǒng)的建模并對(duì)其成像特性進(jìn)行了研究。通過(guò)改變光源的橫向位置，結(jié)果顯示在某些情況下鏡面邊緣可能會(huì)將場(chǎng)截止，從而影響檢測(cè)器平面的成像質(zhì)量。
1. 建模任務(wù)
2. 結(jié)果
3. 文件和技術(shù)信息
VirtualLab Fusion非序列光場(chǎng)追跡
摘要
通過(guò)考慮諧波場(chǎng)而非光線，光場(chǎng)追跡法對(duì)光線追跡法進(jìn)行了概括推廣。光場(chǎng)追跡法可以容許位于系統(tǒng)不同子區(qū)域的不同的建模技術(shù)進(jìn)行無(wú)縫連接。基于分解和互聯(lián)的理念，這篇文章介紹了非序列場(chǎng)追跡的基本概念，同時(shí)推導(dǎo)出了相應(yīng)的算子方程組和一個(gè)求解公式用于仿真。對(duì)問(wèn)題的求值需要局部麥克斯方程的解（分解）；并且隨著迭代過(guò)程的收斂實(shí)現(xiàn)解決方案在通過(guò)界面處的連續(xù)性（互聯(lián)）。通過(guò)使用引入的一種新的光路樹(shù)算法，對(duì)需要求解的局部問(wèn)題的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化。最后，我們展示了一些選擇局部麥克斯韋方程組的案例和數(shù)值結(jié)果。
1. 簡(jiǎn)介
現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要高級(jí)模擬技術(shù)。通常，仿真過(guò)程中需要在時(shí)域或者頻域中求解麥克斯韋方程組。即使這些方程的解決方案已經(jīng)在過(guò)去數(shù)十年被廣泛的討論，使用比如有限元法（FEM），但由于以下主要原因，其在光學(xué)領(lǐng)域仍然非常具有挑戰(zhàn)性：（1）感興趣的波長(zhǎng)一般在1微米以下，有時(shí)甚至在100納米之下，（2）一個(gè)系統(tǒng)中的長(zhǎng)度量級(jí)可能在納米和米之間變化。應(yīng)用波長(zhǎng)532納米（綠光）的標(biāo)準(zhǔn)激光系統(tǒng)，使用特征尺寸僅有幾微米的結(jié)構(gòu)界面并且需要在一個(gè)系統(tǒng)中與數(shù)厘米或者米的結(jié)構(gòu)一同模擬。這表明物理光學(xué)模擬，例如，使用標(biāo)準(zhǔn)的有限元法，如今在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)上并不可行。
另一方面，大部分光學(xué)系統(tǒng)可以通過(guò)使用近似的方法，實(shí)現(xiàn)足夠精確的模擬。尤其是光線追跡方法在光學(xué)模擬中得到了廣泛的使用。幾款基于光線追跡方法的商業(yè)工具在二十世紀(jì)八十年代隨著個(gè)人電腦技術(shù)的新興便已確立。然而，光線追跡方法有一些嚴(yán)重的限制，例如，當(dāng)系統(tǒng)中存在微結(jié)構(gòu)時(shí)，其便會(huì)失效。
這就是我們引入場(chǎng)追跡的原因[6,12]。場(chǎng)追跡將一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)分解成子域。與光線追跡相比，場(chǎng)追跡是計(jì)算通過(guò)系統(tǒng)的電磁諧波場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，此方法具有三個(gè)基本的優(yōu)勢(shì)：（1）場(chǎng)追跡法統(tǒng)一光學(xué)建模。其概念允許我們?cè)谙到y(tǒng)的不同子域中應(yīng)用任何表述矢量諧波場(chǎng)的技術(shù)。
展開(kāi) SPRAY 光譜光線追跡仿真軟件
SPRAY是一款適用于Windows 7/8/10 操作系統(tǒng)的軟件，用于進(jìn)行頻率(或波長(zhǎng))分辨的光線追跡模擬仿真。您可以定義：
? 發(fā)射光線的光源
? 如鏡子、光散射器、吸收器或改變光線方向或吸收光線的表面等物體
? 屏幕、探測(cè)器和探測(cè)器陣列來(lái)收集關(guān)于設(shè)置中輻射分布的信息
SPRAY 組件
以下組件在當(dāng)前版本中可用:
光源
? 點(diǎn)光源(各向同性發(fā)射)
? 體積光源(各向同性發(fā)射)
? 矩形光源(用戶自定義發(fā)射錐)
? 圓形光源(用戶自定義發(fā)射錐)
? 組合光源(多個(gè)元素發(fā)光)
探測(cè)器
? 矩形探測(cè)器
? 屏幕
? 線性檢測(cè)器陣列
? 球形探測(cè)器陣列
界面
界面將空間中的區(qū)域分開(kāi)，例如定義從一種材料到另一種材料和/或從非散射區(qū)域到光散射體的過(guò)渡。界面被定義為層疊或邊界，具有用戶定義的反射率和透過(guò)率屬性(規(guī)則或漫反射)。
幾何物體
幾何物體可以被用戶定義的界面或理想的鏡子或吸收器覆蓋。以下這些形狀目前可用:
? 矩形
? 三角形
? 球體
? 部分球體
? 圓柱體
? 開(kāi)柱面
? 錐
? 部分橢球
? 部分拋物面
? 球面聚光透鏡
? 球面色散透鏡
? 棱鏡
? 用戶自定義表面輪廓
? 多個(gè)子形狀的組合
SPRAY使用與SCOUT光譜仿真軟件相同的光學(xué)常數(shù)模型和數(shù)據(jù)，包括大型數(shù)據(jù)庫(kù)。在接口中使用的層疊定義也是完全相同的。在幾何物體之間，光線可以在吸收、散射或熒光介質(zhì)中移動(dòng)。
利用集成的Mie-程序計(jì)算多涂層球體的光散射和吸收特性。
聯(lián)系我們
展開(kāi) ZEMAX軟件技術(shù)應(yīng)用教程專題繪圖分辨率結(jié)果對(duì)光線追跡的影響
大多數(shù)時(shí)候，非序列系統(tǒng)中原生本機(jī)物體的默認(rèn)繪圖分辨率足以提供光線和物體在光線追跡期間交點(diǎn)位置的 “初步預(yù)測(cè)”。然而在某些情況下，光線會(huì)錯(cuò)過(guò)它原本要擊中的物體。這個(gè)罕見(jiàn)的現(xiàn)象通常只出現(xiàn)在光線入射劇烈彎曲物體時(shí)，此時(shí)而增加繪圖分辨率能在這種情況下確保光線擊中物體。
作者 Alessandra Croce
下載
附件下載
簡(jiǎn)介
在OpticStudio的非序列模式中，繪圖分辨率設(shè)置用于在每個(gè)物體周圍生成一個(gè) “邊界區(qū)域”。如果光線不穿過(guò)邊界，則程序假定光線不會(huì)擊中物體。在某些情況下，這意味著當(dāng)分辨率設(shè)置得太低時(shí)，光線可能會(huì)錯(cuò)過(guò)它應(yīng)該擊中的對(duì)象。
繪圖分辨率設(shè)置僅適用于布局圖。該設(shè)置會(huì)影響物體的渲染方式，并提供光線和物體交點(diǎn)位置的 “初步預(yù)測(cè)”。對(duì)于光線追跡，只要繪圖分辨率能夠提供充分的初步預(yù)測(cè)，其精度將不被繪圖分辨率設(shè)置所限制。
簡(jiǎn)單示例
在附件文件中，您將看到繪圖分辨率對(duì)光線追跡影響的示例。
一個(gè)由高斯光源、環(huán)形面和矩形探測(cè)器組成的系統(tǒng)被復(fù)制了四次，在每個(gè)系統(tǒng)中，光源都位于靠近環(huán)形面一端的位置，以便讓光源產(chǎn)生的所有光線都進(jìn)入由環(huán)形面定義的管道。請(qǐng)注意，環(huán)形面的材質(zhì)是 “反射鏡 (MIRROR) ”，因此所有進(jìn)入管道的光線都會(huì)在管道表面反彈，并擊中位于管道末端的探測(cè)器。
作為比較，除了環(huán)形面的繪制分辨率外，所有4種系統(tǒng)的其他設(shè)置都是相同的。該屬性在每個(gè)環(huán)形面的繪圖屬性中定義，并在非序列元件編輯器的標(biāo)注欄中標(biāo)注：
3D視圖上一些光線正從管道中逸出，而環(huán)形面分辨率越高，逸出的光線就越少。
為了表明這不僅僅是繪圖渲染的結(jié)果，我們將啟動(dòng)光線追跡。
展開(kāi) 
SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件課程二十三：參數(shù)優(yōu)化研究+光線追跡失敗校正
更強(qiáng)大的 PSD 算法追跡從傳遞到傳遞的一階導(dǎo)數(shù)的變化，并推導(dǎo)出關(guān)于高階導(dǎo)數(shù)的信息。這是 PSD 方法背后的技巧，但它只能在第二遍開(kāi)始。
該研究的結(jié)果如下所示。左側(cè)和底部附近的紫色區(qū)域顯示該程序在不同的初始點(diǎn)上達(dá)到相同的最小值 - 而在 Florian 的研究中，這些區(qū)域達(dá)到了不同的最小值。在相交的邊界沒(méi)有明顯的混亂，正如我們所期望的那樣，PSD 方法就是這種情況，盡管在中央綠色區(qū)域出現(xiàn)了散亂的極點(diǎn)。我們將后者歸因于第一遍中 DLS 方法所做的非零更改。實(shí)際上，如果我們用不同的初始阻尼再次運(yùn)行，那些隨機(jī)點(diǎn)出現(xiàn)在不同的地方。
頂部和底部的黑色區(qū)域顯示了起點(diǎn)產(chǎn)生光線失效的位置，與他們?cè)?Florian 研究中所做的相同。我們很好奇如果我們激活僅在 SYNOPSYS? 中發(fā)現(xiàn)的自動(dòng)光線故障校正功能會(huì)發(fā)生什么。我們將 SYNOPSYS 命令更改為
SYNOPSYS 100 0 FIX
并重新運(yùn)行優(yōu)化
現(xiàn)在我們看到該程序已經(jīng)糾正了之前發(fā)生過(guò)的每一個(gè)故障。Florian 無(wú)法優(yōu)化的初始鏡頭現(xiàn)在都能產(chǎn)生可觀的解決方案。現(xiàn)在，在以前全黑的區(qū)域的邊界處有一些非常輕微的混亂，我們將其歸因于更改了光線失效校正程序?qū)υ撈瘘c(diǎn)的影響。這些變化有時(shí)會(huì)使鏡頭更接近另一個(gè)相交的區(qū)域。
這項(xiàng)非常簡(jiǎn)單的研究只涉及兩個(gè)變量的優(yōu)化。如果我們將 CV 1 添加到變量列表會(huì)發(fā)生什么？
試試看吧！（邊界有些偏移，散亂的斑點(diǎn)不再出現(xiàn)。）
評(píng)論添加工作人員
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