lighttools光学模拟教程.ppt

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1、LightTools光学仿真讲义STARSMAN2021/9/51WRITTENBYADAMLEELightTools是什么？LightTools基本上是一种具有弹性及效率之光学系统模型化的工具，它可以利用蒙地卡罗光线追迹的技术做光-机结构间的仿真，它可以不必假设系统之对称性，做单轴、全局、三维坐目标模拟。当光束穿越整个光学系统，光束可以自动地分裂为反射，折射，偏振光及散射的分量，当这束光穿越整个系统，光束可以包含物体任意的次序，独立的根据物理可实施之路径行进。这类的光线追迹一般称为“无限制的”或“非序列的”。LightTools所做的就是一个根据真实光

2、线在真实世界里的路径的仿真仿真。2021/9/52WRITTENBYADAMLEE基本辐射度学及亮度学概念辐射度学是关与任一波长的电磁辐射定量及量测.亮度学是完全相同的事,但是限制在人类眼睛有反应的波长范围.2021/9/53WRITTENBYADAMLEERADINANTFLUX辐射通量功率IRRADIANCE辐射照度每单位面积上的功率RADIANTINTENSITY辐射强度每单位立体角上的功率RADIANCE辐射亮度每单位面积,单位立体角上的功率辐射度学的四个基本单位2021/9/54WRITTENBYADAMLEE亮度学的几个基本单位Luminou

3、sflux光通量功率Illuminance光照度每单位面积的功率Luminousintensity发光强度每单位立体角的功率Luminance亮度每单位面积,每单位立体角的功率2021/9/55WRITTENBYADAMLEE光通量辐射度学亮度学物理量辐射通量(Radiantflux)光通量(Luminousflux)单位瓦特(Watt(W))流明(Lumen(lm))单位面积上的光通量辐射度学亮度学物理量辐射照度Irradiance光照度Illuminance单位W/m2lm/m2=Lux(lx)2021/9/56WRITTENBYADAMLEE单位面

4、积单位立体角的光功率辐射度学亮度学物理量RadiantIntensity辐射强度LuminousIntensity发光强度单位W/sr烛光Candela(cd)=流明/立体角单位立体角的光功率辐射度学亮度学物理量辐射亮度Radiance光亮度Luminance或Brightness单位W/m2-srlm/m2-sr=cd/m2=nit2021/9/57WRITTENBYADAMLEE辐射度学与亮度学的转换一个candela发光强度的单位是定义为556nm的单色光光源在一定方向发出每立体角1/683瓦特的辐射强度流明是均匀的点光源发出一个candela的发

5、光强度的光通量进入一个单位立体角2021/9/58WRITTENBYADAMLEE关与精确度人们经常问“光学仿真有多精确﹖”。这个当然是一位尝试预测或解释实务系统行为的实务工程师所必须要问的问题。LightTools做所有的计算都可以采用浮点运算的方式，但这并未告诉我们太多有关精确的问题。实际的解答必须依赖下面两件事。1.你的系统模型假设有多好？例如，你有精确的量测你的光学系统表面散射特性吗？你有包含制造时的公差吗？是否几何光线追迹适合你的问题或你必须使用同调性光束或光束传播方法去模拟同调性或绕射效应。如果不能准确的提供这些信息给光学软件,你必须要牺牲一

6、些参数来尽可能的趋进于现实,尽管这样看来,这些被牺牲的参数可能与实际的参数相差较大.但这是为了提供更加接近现实而做的牺牲.2.追迹了足够光线吗？当应用“蒙地卡罗”描述法时，“机会”是（这是统计）趋近法中的必要元素。这期望中的精确是光束数目的函数。在实务上，我们可以加倍光线追迹的数目，来看答案在预定的精度内是否达到稳定。若不稳定，则再增加光线追迹的数目。LightTools提供一个参数来帮助你评估这个精确度,这就是ErrorEstimateatPeak值,这个值越低,表示你的结果有可能越精确,适当的提高光线数目会减小这个值.当然,这一切只是有可能.具体的情

7、况要看你的系统的具体状况.2021/9/59WRITTENBYADAMLEE光线追迹的原理光线的概念几何光线的概念对光学是非常重要的，至少从牛顿的时代以来，光线经常被形容为垂直光电磁波波前的射线。对我们而言，光线的重要是在光线可以仿真电磁波能量（单位时间通过的能量或称为光通量）。光线不是一个携带量子能量的光子，光线所代表的是光能量的连续传递。结果，光线追迹的结果代表的是稳定态的状态。只要我们追迹够多的光线，只要我们光学系统空间的尺度远大于用于所模拟的光波波长，我们就可以假设系统与时间没有相关，使用光线模拟来获得高精度的真实光学系统行为预测。2021/9/

8、510WRITTENBYADAMLEE光学仿真软件中光线的概念任何一本教科书中光