簡(jiǎn)介
FRED能夠提供用戶有關(guān)通過光機(jī)系統(tǒng)任意鬼像和散射路徑的詳細(xì)情況。我們簡(jiǎn)單地設(shè)置光學(xué)和機(jī)械的物理屬性 (涂層、材料、散射模型等),設(shè)置一個(gè)合適的光源,并且讓FRED記錄下在光線追跡時(shí)系統(tǒng)所有唯一的路徑。當(dāng)光線追跡完成時(shí),我們可以對(duì)光線追跡的路徑進(jìn)行后期處理,來(lái)提取出與我們系統(tǒng)相關(guān)的路徑。
然而,假設(shè)我們對(duì)于表征一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中的初級(jí)鬼像路徑很感興趣,或者我們的系統(tǒng)沒有完全的開發(fā)或改進(jìn),來(lái)保證一個(gè)長(zhǎng)的多階次的雜散光分析。本文介紹了一個(gè)腳本,可以在一個(gè)導(dǎo)入的序列設(shè)計(jì)中對(duì)初級(jí)鬼像路徑進(jìn)行自動(dòng)分析。我們首先來(lái)討論合理地設(shè)置分析中導(dǎo)入的序列文件的過程,然后討論腳本的運(yùn)行以及執(zhí)行分析的過程。
指定表面涂層性質(zhì)
分析的要點(diǎn)是找出多少功率(以及功率的分布)到達(dá)了我們的焦平面,這是由在我們的透鏡表面之間的鏡面系列的現(xiàn)象產(chǎn)生的,這些都不是“設(shè)計(jì)”路徑。舉個(gè)例子,我們第一個(gè)透鏡元件內(nèi)的內(nèi)部反彈可能會(huì)到達(dá)探測(cè)器,我們希望可以量化它的貢獻(xiàn)。
為了產(chǎn)生鬼像路徑,我們的透鏡需要有涂層覆蓋,這可以讓入射能量的一些部分以反射和透射的方式傳播。默認(rèn)情況下,導(dǎo)入的透鏡表面具有100%透射涂層,將沒有任何鬼像產(chǎn)生。我們可以瀏覽透鏡的每一個(gè)光學(xué)表面,然后給每個(gè)表面應(yīng)用一個(gè)非理想的涂層模型,不過FRED確實(shí)提供了一個(gè)界面,使得這一過程變得不那么單調(diào)乏味。點(diǎn)擊Menu > Edit > Edit/View Multiple Surfaces,該界面提供了一個(gè)技巧,可以非常簡(jiǎn)單的完成多表面性質(zhì)賦予作業(yè)。
我們將使用該界面以默認(rèn)的“Standard Coating”替換所有我們的透射表面,該“Standard Coating”允許96%的功率透射和4%的功率反射,默認(rèn)的“Allow All”光線追跡控制允許光線在一個(gè)界面分成反射和透射兩個(gè)組分。在按下您鍵盤上的“Ctrl”鍵的同時(shí),選擇表格中具有“Transmit”涂層的行。
現(xiàn)在我們已經(jīng)選中了我們希望修改的行,使用對(duì)話框中的“Modify All Highlighted Spreadsheet Rows”區(qū)域,來(lái)替換我們想要的屬性。在這種情況下,選擇屬性類型“Coating”下拉列表,從可用的屬性下拉列表中選擇“Standard Coating”,然后點(diǎn)擊“Replace”按鈕。
指定表面光線追跡控制性質(zhì)
對(duì)于Raytrace Control重復(fù)這一過程,使用Allow All屬性。
一旦您已經(jīng)替換了選定表面的Coating和Raytrace Control,您可以點(diǎn)擊OK按鈕提交更改,返回到文件中,關(guān)閉Edit/View Multiple Surfaces對(duì)話框。
設(shè)置光源
結(jié)構(gòu)屬性現(xiàn)在將支持二階鬼像在透鏡元件內(nèi)產(chǎn)生,現(xiàn)在我們應(yīng)該設(shè)置我們的光源。注意到按照您的設(shè)計(jì)文件的規(guī)格,F(xiàn)RED創(chuàng)建了多個(gè)視場(chǎng)光源,但是我們將在軸上視場(chǎng)執(zhí)行我們的分析。展開您的光源文件夾,選擇樹形文件夾中的視場(chǎng)光源1-5,點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,切換為“Make All NOT Traceable”選項(xiàng),將這些光源關(guān)閉。
當(dāng)追跡不相干的光源時(shí),一個(gè)非常好的辦法是移除 “網(wǎng)格化”的光源。在Field Position 0光源上雙擊,打開它的對(duì)話框,然后移動(dòng)到Positions/Directions標(biāo)簽上。注意到Ray Positions設(shè)置為“Grid Plane”。
使用非相干光源時(shí),具有網(wǎng)格位置和方向規(guī)格會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出的能量分布(光源網(wǎng)格與分析網(wǎng)格重疊)產(chǎn)生混疊效應(yīng)。為了去除這種現(xiàn)象發(fā)生的可能性,我們改變了光線位置類型,從Grid Plane 到Random Plane,同時(shí)保持相同的孔徑大小和形狀。
當(dāng)您根據(jù)上面的描述已經(jīng)改變了您的光源光線位置規(guī)格后,點(diǎn)擊OK接受這些變化,關(guān)閉對(duì)話框。
增加一個(gè)分析面
盡管我們的焦平面已經(jīng)有了一個(gè)表面,我們需要添加一個(gè)Analysis Surface到它上面來(lái)計(jì)算輻射照度分布。首先,我們確定焦平面的孔徑大小大約為2.5mm。接下來(lái),右鍵點(diǎn)擊我們的Analysis Surface(s)文件夾,選擇“New Analysis Surface”。現(xiàn)在,便可以指定名稱、分析區(qū)域的大小、網(wǎng)格中劃分的數(shù)目。當(dāng)分析面創(chuàng)建好了后,我們將它放到對(duì)應(yīng)的位置。
當(dāng)完成了上述的規(guī)格后,點(diǎn)擊OK按鈕,創(chuàng)建新的分析面。通過展開Analysis Surface(s)文件夾和我們的幾何樹形結(jié)構(gòu)(那樣我們就可以看到“Surf 8”),我們可以將這一分析面分配到我們的探測(cè)器,然后拖拽DetectorAnalysis節(jié)點(diǎn)放到Surf 8上。
修改默認(rèn)序列路徑
我們不久將會(huì)看到的,我們腳本分析的基礎(chǔ)是透鏡設(shè)計(jì)的默認(rèn)序列路徑,這是在導(dǎo)入文件中自動(dòng)創(chuàng)建的。為了看到序列路徑,我們可以前往Menu > Raytrace > User-defined Ray Paths。在“Selected Path”下拉列表里,選擇“DefaultSequential”來(lái)顯示路徑列表。盡管FRED自身的光線追跡模式是非序列的,可以指示它執(zhí)行序列光線追跡(即交叉事件的一個(gè)明確有序的列表),默認(rèn)序列光線追跡路徑(如下所示)指示FRED來(lái)執(zhí)行這一確切序列的交叉事件。
然而我們要注意,默認(rèn)序列路徑中的第一個(gè)事件是經(jīng)過“Surf 1”的一個(gè)透射。在我們開始導(dǎo)入我們的透鏡設(shè)計(jì)時(shí),這一事件是合乎情理的,因?yàn)?ldquo;光闌”實(shí)際上是一個(gè)Air/Air透射圓盤。但是,通過使光闌表面成為一個(gè)吸收?qǐng)A環(huán)表面,我們已經(jīng)讓它適用于FRED模型。通過這樣的方法改變光闌表面,意味著我們應(yīng)該將它從我們默認(rèn)序列路徑中移除(畢竟,我們想要的是不會(huì)碰到孔徑光闌的光線),為了從一個(gè)序列路徑中移除一個(gè)事件,在您所希望移除的行上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,選擇“Delete Row”選項(xiàng)。
點(diǎn)擊對(duì)話框中的OK按鈕來(lái)接受這種變化,并將其提交到文檔中。
運(yùn)行腳本
自動(dòng)化腳本背后的思想是從默認(rèn)序列路徑開始,然后使用它來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)中所有可能的二階鬼像路徑。對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)光學(xué)表面的系統(tǒng),鬼像的數(shù)目可以確定為:
在算法上,腳本自動(dòng)進(jìn)行了以下步驟:
1. 找到并存儲(chǔ)默認(rèn)序列路徑事件
2. 構(gòu)造所有鬼像表面組合的一個(gè)列表
3. 在每個(gè)鬼像表面組合循環(huán),并
3a. 構(gòu)造與鬼像路徑一致的序列路徑
3b. 光線追跡該序列路徑
3c. 在焦平面上運(yùn)行一個(gè)輻射照度并計(jì)算統(tǒng)計(jì)值
3d. 報(bào)告鬼像路徑信息到輸出窗口
運(yùn)行完腳本后,文件會(huì)包含:
1. 系統(tǒng)中每個(gè)二階鬼像路徑的一個(gè)唯一的序列路徑
2. 系統(tǒng)中每個(gè)鬼像路徑的一個(gè)分析結(jié)果節(jié)點(diǎn)(Analysis Results Node),節(jié)點(diǎn)中包含了每個(gè)鬼像路徑的輻射照度分布
3. 輸出窗口中每個(gè)鬼像路徑的綜述
為了使腳本能夠在我們系統(tǒng)實(shí)例上運(yùn)行,有兩行我們需要去修改。
1. Line 19:為分析面填寫合適的FindFullName指令,用于計(jì)算我們焦平面上輻射照度分布
2. Line 24:填寫合適的默認(rèn)序列路徑名稱,在文件導(dǎo)入中創(chuàng)建(您可以從用戶定義路徑對(duì)話框復(fù)制這個(gè)名字)
運(yùn)行腳本后,下面的輸出就會(huì)打印到輸出窗口,它通過列出鬼像表面對(duì),提供了通過系統(tǒng)的每個(gè)鬼像路徑的綜述,包含在結(jié)果中光線的數(shù)目,探測(cè)器上鬼像路徑的總功率,和鬼像路徑分布中輻射照度峰值。
此外,在您的對(duì)象樹中分析結(jié)果文件夾應(yīng)該包含每個(gè)鬼像路徑的一個(gè)輻射照度分布。通過在ARN上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,您可以在圖表查看器上查看這些結(jié)果:
最后,使用高級(jí)光線追跡對(duì)話框,選擇“Sequential using a user-defined path”選項(xiàng),然后選擇期望的鬼像路徑,您可以重新追跡任何特定的鬼像路徑。
總結(jié)
本文和相應(yīng)的實(shí)例文件,演示了在FRED中為您的光學(xué)設(shè)計(jì)文件準(zhǔn)備鬼像分析的過程,介紹了能夠幫助自動(dòng)運(yùn)行二階鬼像分析的一個(gè)腳本工具。腳本運(yùn)行后,使FRED文件包含了系統(tǒng)中所有二階鬼像路徑的結(jié)果,提供了所有二階鬼像路徑的摘要信息,另外為每個(gè)鬼像表面對(duì)創(chuàng)建了獨(dú)特的用戶定義光線路徑,這樣一旦有需要,就能夠被追跡。
此外,關(guān)于腳本這部分,我們可以選擇不使用腳本,首先使用高級(jí)光線追跡工具,勾選Create/use ray history file及Determine raypaths, 光線追跡完成之后選擇FRED里面的雜散光報(bào)告,可同樣看到二階鬼像路徑。對(duì)于高級(jí)鬼像路徑,我們可以在光線追跡控制里面在Ancestry Level Cutoff將Specular改為4、6、8…,可以查看高級(jí)鬼像。
|