创建zemax非序列光学系统
zemax中有两种截然不同的光线追迹模式:序列和非序列。
两者的主要区别:
1)序列模式,主要用来设计成像和离焦系统。在Lens Data Editor中定义。光线只能和每个面相交一次,而且要遵循一定的序列次序,面#0,然后是#1、#2…,这也就是名字序列光线追迹的由来。
光线只在表面材料是反射镜的面上发生反射。在折射面发生部分反射,也只会在要计算折射能量(考虑介质和金属镜面效应)的时候涉及到。
每个面有自己的局部坐标系。沿着光轴的每个面的位置参考前一个面的位置,即Thinkness栏指的是从当前面出发的距离,而不是从一个全局参考点出发的距离。
2)非序列模式,主要作为非成像应用,如照明系统、杂散光分析。结构元件可以从CAD程序中轻松导入,因此可以进行完全的光结构分析。
一条光线可以与同一物体相交不止一次,也可以任意顺序与多个物体相交,因此得名非序列。每个物体都是以全局坐标系为参考,除非特殊说明。除了追迹折射光线外,一个折射面可以产生并追迹部分反射光线。这又被称作光线分束。
成像系统的光学特性参数如孔径光阑位置、入瞳和出瞳、视场、系统光阑等,这些在序列系统中存在的参数在非序列系统中是无意义的。
非序列系统模型的主要分析手段是探测器光线追迹,他给出了相干或非相干光线的位置空间数据和角度空间数据。
混合模型存在于同一个系统中,既使用了序列光线追迹也使用了非序列光线追迹的情况。
1 进入非序列模式
2系统设置
波长设置,点击Wav
设置单位
3 创建反射镜
先产生一个用抛物面型反射镜的灯丝光源。
设置第1面
第1面中输入以下参数
4 光源建模
双击第2面,Type选择Source Filament(灯丝光源)
要把光线放在抛物线的焦点处以使光束准直平行。灯丝线圈10匝,全长20mm,转弯半径5mm。
编辑器中输入:
Z Position:50
Layout Rays:20
Analysis Rays:5000000
Length:20
Radius:5
Turns:10
5旋转光源
光源是沿着Z轴定向的,但假设想要将他的方向变沿着x轴,需要将光源物体绕着y轴旋转90度。
3D Layout中Settings里设置Rotation Y:90
可以看到灯芯是离轴状态,因为旋转轴是物体的底部,而不是物体中心。将X Position设置为-10,再次查看如下:
6放置探测器
表面3 Type选择设置为Detector Rectangle
第3面设置如下:
其中Color设置为1:显示反转灰度;设置为2显示为彩色
7跟踪分析光线探测器
打开Detector Viewer
然后再打开Ray Trace
点击Clear&Trace,完成后退出
查看探测器更新结果
查看NSC Shaded Model
进入NSC Shaded Model设置
更新结果
8增加凸透镜
在探测器右侧(+Z轴上)10mm处再增加1个凸透镜镜头
将新增的第4面,Type设置为Standard Lens
第4面参数设置
RefObject: 3(表示以探测器位置为参考对象)
Z Position: 10
Material: N-BK7
Radius 1: 300
Clear 1: 150
Edge 1: 150
Thinkness:70
Clear 2: 150
Edge 2: 150
更新结果
9增加探测器
在标准镜头右方650mm处
新增第5面,Type设置为Detector Rectangle
第5面参数设置
RefObject: 4
Z Position: 650
X Half Width: 100
Y Half Width: 100
X Pixels: 150
Y Pixels: 150
Color: 1
更新结果
10光线跟踪分析和偏振损耗
查看探测器,并进行光线追迹,设置如下
点击Clear&Trace,完成后,探测器显示更新如下
NSC Shaded Model更新状态
11 增加矩形ADAT光纤
在第5面的右方(+Z)20mm处增加。
新建第6面,Type设置为Rectangular Volume
第6面参数设置
RefObject: 5
Z Position: 20
Material: Acrylic(亚克力)
X 1 Half Width: 70
Y 1 Half Width: 70
Z length:2000
X 2 Half Width: 70
Y 2 Half Width: 70
12增加探测器
面参数设计
RefObject: 6
Z Position: 0
Material: Absorb(吸收)
X Half Width: 100
Y Half Width: 100
X Pixels: 150
Y Pixels: 150
Color: 1
3D Layout更新如下
13 跟踪解定位探测器
将第7面的探测器放置在光管右方10mm,因此2010mm(第7面右方10mm)
当然可以直接设置第7面的Z Position为2010mm。
或者双击第7面的Z Position,如下设置,无论6的厚度如何,会自动相对于6面加10mm
点击OK,查看更新,P标志表示设置了跟随解。
14 整个系统光线追迹
和之前的操作一样。追迹并查看三个探测器,以及NSC Shaded Model的更新如下:
探测器显示光管有效去除了热点,使得非相干辐射分布几乎均匀。