簡介
FRED能夠提供用戶有(yǒu)關通(tōng)過光機系統任意鬼像和(hé)散射路徑的詳細情況。我們簡單地設置光學和(hé)機械的物理(lǐ)屬性 (塗層、材料、散射模型等)，設置一個(gè)合适的光源，并且讓FRED記錄下在光線追迹時(shí)系統所有(yǒu)唯一的路徑。當光線追迹完成時(shí)，我們可(kě)以對光線追迹的路徑進行(xíng)後期處理(lǐ)，來(lái)提取出與我們系統相關的路徑。
然而，假設我們對于表征一個(gè)光學系統中的初級鬼像路徑很(hěn)感興趣，或者我們的系統沒有(yǒu)完全的開(kāi)發或改進，來(lái)保證一個(gè)長的多(duō)階次的雜散光分析。本文介紹了一個(gè)腳本，可(kě)以在一個(gè)導入的序列設計(jì)中對初級鬼像路徑進行(xíng)自動分析。我們首先來(lái)討(tǎo)論合理(lǐ)地設置分析中導入的序列文件的過程，然後討(tǎo)論腳本的運行(xíng)以及執行(xíng)分析的過程。
指定表面塗層性質
分析的要點是找出多(duō)少(shǎo)功率(以及功率的分布)到達了我們的焦平面，這是由在我們的透鏡表面之間(jiān)的鏡面系列的現象産生(shēng)的，這些(xiē)都不是“設計(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(kě)能會(huì)到達探測器(qì)，我們希望可(kě)以量化它的貢獻。
為(wèi)了産生(shēng)鬼像路徑，我們的透鏡需要有(yǒu)塗層覆蓋，這可(kě)以讓入射能量的一些(xiē)部分以反射和(hé)透射的方式傳播。默認情況下，導入的透鏡表面具有(yǒu)100%透射塗層，将沒有(yǒu)任何鬼像産生(shēng)。我們可(kě)以浏覽透鏡的每一個(gè)光學表面，然後給每個(gè)表面應用一個(gè)非理(lǐ)想的塗層模型，不過FRED确實提供了一個(gè)界面，使得(de)這一過程變得(de)不那(nà)麽單調乏味。點擊Menu > Edit > Edit/View Multiple Surfaces，該界面提供了一個(gè)技(jì)巧，可(kě)以非常簡單的完成多(duō)表面性質賦予作(zuò)業。
我們将使用該界面以默認的“Standard Coating”替換所有(yǒu)我們的透射表面，該“Standard Coating”允許96%的功率透射和(hé)4%的功率反射，默認的“Allow All”光線追迹控制(zhì)允許光線在一個(gè)界面分成反射和(hé)透射兩個(gè)組分。在按下您鍵盤上(shàng)的“Ctrl”鍵的同時(shí)，選擇表格中具有(yǒu)“Transmit”塗層的行(xíng)。
現在我們已經選中了我們希望修改的行(xíng)，使用對話(huà)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(kě)用的屬性下拉列表中選擇“Standard Coating”，然後點擊“Replace”按鈕。
指定表面光線追迹控制(zhì)性質
對于Raytrace Control重複這一過程，使用Allow All屬性。
一旦您已經替換了選定表面的Coating和(hé)Raytrace Control，您可(kě)以點擊OK按鈕提交更改，返回到文件中，關閉Edit/View Multiple Surfaces對話(huà)框。
設置光源
結構屬性現在将支持二階鬼像在透鏡元件內(nèi)産生(shēng)，現在我們應該設置我們的光源。注意到按照您的設計(jì)文件的規格，FRED創建了多(duō)個(gè)視(shì)場(chǎng)光源，但(dàn)是我們将在軸上(shàng)視(shì)場(chǎng)執行(xíng)我們的分析。展開(kāi)您的光源文件夾，選擇樹(shù)形文件夾中的視(shì)場(chǎng)光源1-5，點擊鼠标右鍵，切換為(wèi)“Make All NOT Traceable”選項，将這些(xiē)光源關閉。
當追迹不相幹的光源時(shí)，一個(gè)非常好的辦法是移除 “網格化”的光源。在Field Position 0光源上(shàng)雙擊，打開(kāi)它的對話(huà)框，然後移動到Positions/Directions标簽上(shàng)。注意到Ray Positions設置為(wèi)“Grid Plane”。
使用非相幹光源時(shí)，具有(yǒu)網格位置和(hé)方向規格會(huì)導緻計(jì)算(suàn)出的能量分布(光源網格與分析網格重疊)産生(shēng)混疊效應。為(wèi)了去除這種現象發生(shēng)的可(kě)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(dà)小(xiǎo)和(hé)形狀。
當您根據上(shàng)面的描述已經改變了您的光源光線位置規格後，點擊OK接受這些(xiē)變化，關閉對話(huà)框。
增加一個(gè)分析面
盡管我們的焦平面已經有(yǒu)了一個(gè)表面，我們需要添加一個(gè)Analysis Surface到它上(shàng)面來(lái)計(jì)算(suàn)輻射照度分布。首先，我們确定焦平面的孔徑大(dà)小(xiǎo)大(dà)約為(wèi)2.5mm。接下來(lái)，右鍵點擊我們的Analysis Surface(s)文件夾，選擇“New Analysis Surface”。現在，便可(kě)以指定名稱、分析區(qū)域的大(dà)小(xiǎo)、網格中劃分的數(shù)目。當分析面創建好了後，我們将它放到對應的位置。
當完成了上(shàng)述的規格後，點擊OK按鈕，創建新的分析面。通(tōng)過展開(kāi)Analysis Surface(s)文件夾和(hé)我們的幾何樹(shù)形結構(那(nà)樣我們就可(kě)以看到“Surf 8”)，我們可(kě)以将這一分析面分配到我們的探測器(qì)，然後拖拽DetectorAnalysis節點放到Surf 8上(shàng)。
修改默認序列路徑
我們不久将會(huì)看到的，我們腳本分析的基礎是透鏡設計(jì)的默認序列路徑，這是在導入文件中自動創建的。為(wèi)了看到序列路徑，我們可(kě)以前往Menu > Raytrace > User-defined Ray Paths。在“Selected Path”下拉列表裏，選擇“DefaultSequential”來(lái)顯示路徑列表。盡管FRED自身的光線追迹模式是非序列的，可(kě)以指示它執行(xíng)序列光線追迹(即交叉事件的一個(gè)明(míng)确有(yǒu)序的列表)，默認序列光線追迹路徑(如下所示)指示FRED來(lái)執行(xíng)這一确切序列的交叉事件。
然而我們要注意，默認序列路徑中的第一個(gè)事件是經過“Surf 1”的一個(gè)透射。在我們開(kāi)始導入我們的透鏡設計(jì)時(shí)，這一事件是合乎情理(lǐ)的，因為(wèi)“光闌”實際上(shàng)是一個(gè)Air/Air透射圓盤。但(dàn)是，通(tōng)過使光闌表面成為(wèi)一個(gè)吸收圓環表面，我們已經讓它适用于FRED模型。通(tōng)過這樣的方法改變光闌表面，意味着我們應該将它從我們默認序列路徑中移除(畢竟，我們想要的是不會(huì)碰到孔徑光闌的光線)，為(wèi)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(xíng)上(shàng)點擊鼠标右鍵，選擇“Delete Row”選項。
點擊對話(huà)框中的OK按鈕來(lái)接受這種變化，并将其提交到文檔中。
運行(xíng)腳本
自動化腳本背後的思想是從默認序列路徑開(kāi)始，然後使用它來(lái)産生(shēng)系統中所有(yǒu)可(kě)能的二階鬼像路徑。對于一個(gè)具有(yǒu)n個(gè)光學表面的系統，鬼像的數(shù)目可(kě)以确定為(wèi)：
在算(suàn)法上(shàng)，腳本自動進行(xíng)了以下步驟：
1. 找到并存儲默認序列路徑事件
2. 構造所有(yǒu)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，并
3a. 構造與鬼像路徑一緻的序列路徑
3b. 光線追迹該序列路徑
3c. 在焦平面上(shàng)運行(xíng)一個(gè)輻射照度并計(jì)算(suàn)統計(jì)值
3d. 報告鬼像路徑信息到輸出窗口
運行(xíng)完腳本後，文件會(huì)包含：
1. 系統中每個(gè)二階鬼像路徑的一個(gè)唯一的序列路徑
2. 系統中每個(gè)鬼像路徑的一個(gè)分析結果節點(Analysis Results Node)，節點中包含了每個(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(wèi)了使腳本能夠在我們系統實例上(shàng)運行(xíng)，有(yǒu)兩行(xíng)我們需要去修改。
1. Line 19：為(wèi)分析面填寫合适的FindFullName指令，用于計(jì)算(suàn)我們焦平面上(shàng)輻射照度分布
2. Line 24：填寫合适的默認序列路徑名稱，在文件導入中創建(您可(kě)以從用戶定義路徑對話(huà)框複制(zhì)這個(gè)名字)
運行(xíng)腳本後，下面的輸出就會(huì)打印到輸出窗口，它通(tōng)過列出鬼像表面對，提供了通(tōng)過系統的每個(gè)鬼像路徑的綜述，包含在結果中光線的數(shù)目，探測器(qì)上(shàng)鬼像路徑的總功率，和(hé)鬼像路徑分布中輻射照度峰值。
此外，在您的對象樹(shù)中分析結果文件夾應該包含每個(gè)鬼像路徑的一個(gè)輻射照度分布。通(tōng)過在ARN上(shàng)點擊鼠标右鍵，您可(kě)以在圖表查看器(qì)上(shàng)查看這些(xiē)結果：
最後，使用高(gāo)級光線追迹對話(huà)框，選擇“Sequential using a user-defined path”選項，然後選擇期望的鬼像路徑，您可(kě)以重新追迹任何特定的鬼像路徑。
總結
本文和(hé)相應的實例文件，演示了在FRED中為(wèi)您的光學設計(jì)文件準備鬼像分析的過程，介紹了能夠幫助自動運行(xíng)二階鬼像分析的一個(gè)腳本工具。腳本運行(xíng)後，使FRED文件包含了系統中所有(yǒu)二階鬼像路徑的結果，提供了所有(yǒu)二階鬼像路徑的摘要信息，另外為(wèi)每個(gè)鬼像表面對創建了獨特的用戶定義光線路徑，這樣一旦有(yǒu)需要，就能夠被追迹。
此外，關于腳本這部分，我們可(kě)以選擇不使用腳本，首先使用高(gāo)級光線追迹工具，勾選Create/use ray history file及Determine raypaths, 光線追迹完成之後選擇FRED裏面的雜散光報告，可(kě)同樣看到二階鬼像路徑。對于高(gāo)級鬼像路徑，我們可(kě)以在光線追迹控制(zhì)裏面在Ancestry Level Cutoff将Specular改為(wèi)4、6、8…，可(kě)以查看高(gāo)級鬼像。
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