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許多設(shè)計過程需要兩種不同的光學(xué)理論/算法來分別處理光束在自由空間和微結(jié)構(gòu)中的傳播，而其他一些過程僅使用純光線追跡來達到目標。由於模擬技術(shù)發(fā)展迅速，因此本文可能沒有涵蓋所有可用方法。如果用戶提供新訊息或有任何要求，請隨時與我們聯(lián)繫，我們可以相應(yīng)地更新本文。

使用光線資料庫檢視器讀取ZRD檔光線的路徑長度可以在ZRD檔中讀取，這些檔是光線資料庫檔。下一步是在ZRD檔中運行光線跟蹤和保存光線。點擊分析(Analyze)>光線資料庫檢視器，可以顯示照射到探測器17上的光線的路徑長度。將“使用字串(Apply Filter)”設(shè)置為H17來過濾照射到探測器17上的光線。

但光線追跡上，我們是使用不同的方法來描述的。光線追跡的處理方式是如同上面第一張圖表的。過程中只有三條光線：入射、穿透以及反射。你可以隨意的放大檢視，永遠只有三條線。膜層本身不用光線追跡來處理，而用不同的函數(shù)來操作。對於光線追跡，光學(xué)相位的超前或延遲都是沿著光線觀察的。Zemax OpticStudio直接追跡光線到基板的位置，忽略中間的膜層及其厚度。膜層被假設(shè)鍍在基板表面之前。

這種方法會導(dǎo)致一個所謂的光路樹算法，我們將在下一部分討論。為了進行求和計算，必須求解局部麥克斯韋問題以評估算子C和P。只要使用場矢量V的耦合確定了，任意嚴格或是近似的求解器的都能使用。這種方法稱之為場追跡，我們將在第四部分進行討論。 3. 光路樹 此部分我們將討論如何有效地對方程（19）進行求解。為了避免重復(fù)相同的操作，我們將使用更新的公式。

這種方法會導(dǎo)致一個所謂的光路樹算法，我們將在下一部分討論。為了進行求和計算，必須求解局部麥克斯韋問題以評估算子C和P。只要使用場矢量V的耦合確定了，任意嚴格或是近似的求解器的都能使用。這種方法稱之為場追跡，我們將在第四部分進行討論。 3.光路樹 此部分我們將討論如何有效地對方程（19）進行求解。為了避免重復(fù)相同的操作，我們將使用更新的公式。

然後將薄膜進行化學(xué)或熱顯影：這就是光柵。光柵上的表面是光滑的，但光柵內(nèi)部的折射率是正弦調(diào)變的。為了對VHG進行建模，需要使用高效的Kogelnik理論或嚴格耦合波分析（RCWA）等算法。 圖1（a）所示的SRG，可以通過幾種方法製造，如電子束寫入，光刻，納米壓印，或鑽石車削。與VHG不同，SRG沒有空間變化的折射率。相反，光柵的表面是由周期性的微結(jié)構(gòu)組成的。

因此，當(dāng)我們要計算一條光線的OPD時，此光線會從物面出發(fā)後一路追跡穿過光學(xué)系統(tǒng)，最終到達像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點，半徑是主光線與像面交點到主光線與出瞳面的焦點。然後我們就計算這條光線的總光程，並扣去主光線的光程 (因此主光線的光程差永遠為零，因為他本身就是零的參考點)。

所有這些，都離不開合理的傳播算法。 所謂場追跡，可以簡單理解為：不再只關(guān)心一束光“走到哪里”，而是關(guān)心它在傳播過程中振幅、相位、偏振和空間頻譜如何變化。VirtualLab Fusion將光場作為主要對象，能夠在自由空間、透鏡系統(tǒng)、衍射元件、微納結(jié)構(gòu)以及高NA聚焦系統(tǒng)中，對光場進行嚴格或半嚴格的傳播計算。

能量閾值(非序列光線\光場追跡)? 能量閾值是非序列追跡引擎的停止標準。? 對于光能低于能量閾值的每一個 非序列光路，沿著路徑的光追跡將不做處理。 能量閾值：方案說明? 遇到玻璃板時透射和反射光能的示例性說明。? 在剩余能量達到可以忽略的水平之前，通常不需要很多反射。? 在全反射的情況下，當(dāng)然應(yīng)該考慮許多相互作用。

一旦OpticStudio成功追跡了一根到達光瞳面的光線，則算法在接下來的迭代計算中無需其他幫助。 當(dāng)開啟光線瞄準功能時，系統(tǒng)將默認勾選“自動計算光瞳偏移”。OpticStudio會自動計算近軸入瞳面與光瞳的差，并提供給光線瞄準算法一個合適的初始解。本文接下來給出的示例將展示如何手動計算光瞳偏移。

光線追跡涉及兩個方面的光的行為。其中，最常見的光線追跡應(yīng)用領(lǐng)域，是電子游戲。光線追跡有助于游戲開發(fā)人員通過測定物體反射光線的方式，在游戲中提供逼真的視覺效果，從而實現(xiàn)著色器和全局照明（為3D場景添加逼真照明的算法）的實時開發(fā)。此外，其還可幫助開發(fā)人員提供表面紋理的渲染圖像。 視頻游戲是實時光線追跡技術(shù)，速度是關(guān)鍵，游戲引擎提供高級視覺效果以及高畫質(zhì)圖像，盡管增加的算力會降低游戲的幀速率。

光線追跡涉及兩個方面的光的行為。其中，最常見的光線追跡應(yīng)用領(lǐng)域，是電子游戲。光線追跡有助于游戲開發(fā)人員通過測定物體反射光線的方式，在游戲中提供逼真的視覺效果，從而實現(xiàn)著色器和全局照明（為3D場景添加逼真照明的算法）的實時開發(fā)。此外，其還可幫助開發(fā)人員提供表面紋理的渲染圖像。視頻游戲是實時光線追跡技術(shù)，速度是關(guān)鍵，游戲引擎提供高級視覺效果以及高畫質(zhì)圖像，盡管增加的算力會降低游戲的幀速率。

簡介偏振態(tài)分析(polarization analysis)可以作為一般光線追跡的進階功能。在模擬的過程中，會將入射光因為元件表面鍍膜、反射和吸收而造成的能量損耗納入考量。一般的情況下，OpticStudio可以對大多數(shù)的鍍膜或雙折射材料進行完整的分析。但有時因為分類數(shù)據(jù)報告(Prescription data)不夠齊全，在進行模擬時會需要簡化後的模型。

需要注意的是，如果您在不設(shè)置任何光瞳偏移的情況下使用光線瞄準，則系統(tǒng)將提示如前文所示 “無法確定物空間坐標”的錯誤信息。當(dāng)完成光瞳偏移的輸入后，光線瞄準算法將正確的定位光瞳的位置并追跡所需的光線以充滿光瞳。自動計算光瞳偏移在上一節(jié)中給出的例子只是用來說明光瞳偏移是如何計算的。

性能優(yōu)化利用 OAS 的高性能光線追跡算法，對初始設(shè)計方案進行光線模擬，通過 “雜散光分析” 模塊自動識別反射面邊緣散射嚴重區(qū)域及眩光風(fēng)險點；針對問題區(qū)域，迭代調(diào)整反射面的分段曲面方程，優(yōu)化光線反射路徑；同時啟用 OAS 的反向追跡技術(shù)，提取鬼像傳播路徑并優(yōu)化遮光結(jié)構(gòu)，將雜散光能量占比削減，避免遠光模式下對對向車輛的過度眩光。

從軟件中光柵的結(jié)構(gòu)建模、分析，到光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，光柵的尺寸設(shè)計，再到準直系統(tǒng)和整體完整的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后是對于系統(tǒng)的追跡和分析。OAS 展示了其對于衍射光波導(dǎo)的跨尺度的仿真，軟件追跡過程中對于不同的元件應(yīng)用相應(yīng)的追跡算法，以達到整體系統(tǒng)級別的仿真與計算分析。

近日，國內(nèi)研究團隊成功研發(fā)首套基于混合光線波前追跡法的可視化光波導(dǎo)仿真模塊，填補了國產(chǎn)化空白。

其采用創(chuàng)新光束追跡算法，突破傳統(tǒng)物理光學(xué)方法局限，在保證高精度的同時顯著提升分析效率。此外，該功能還支持物質(zhì)結(jié)構(gòu)測量與表面缺陷檢測，提升顯微鏡 / 望遠鏡成像質(zhì)量，并借助相位信息實現(xiàn)高精度 3D 成像；矢量場傳播技術(shù)則在光通信、激光加工等領(lǐng)域起關(guān)鍵作用，為多模光纖等應(yīng)用提供精準光束控制方案。

OAS 軟件在案例中的應(yīng)用光波導(dǎo)設(shè)計利用OAS的布局設(shè)置，更改光波導(dǎo)的需求參數(shù)，OAS可以直接生成相應(yīng)初始光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包含光源、耦入光柵、耦出光柵、轉(zhuǎn)向光柵、眼盒等。設(shè)置好入射光的波長，光線尺寸等光線信息，光源到光波導(dǎo)的距離、視場、入射光介質(zhì)、眼盒的尺寸、光波導(dǎo)材料，耦入耦出光柵的方向周期等等一系列參數(shù)，能夠通過內(nèi)部算法計算得出。

復(fù)合光線追跡的基本準則之一是：如果基準光線與一個表面相交，然后所有它的二級光線一定與同樣的表面相交。通過在數(shù)學(xué)上延展表面與每個二級光線相交，如圖5所示，F(xiàn)RED強制執(zhí)行該準則。當(dāng)執(zhí)行光線追跡時，所有的光線通過該表面。 圖5 光學(xué)表面的數(shù)學(xué)延伸算法，用于與不和實際表面相交的二級光線相交。