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大型光學系統中的光線追蹤模擬

光線軌跡的有效和通用計算

光線光學模組用於模擬波長遠小於模型最小幾何細節的系統中電磁波的傳輸。

電磁波可以看做在均勻或漸變介質中傳輸的光線。

由於沒有必要在有限元網格中分析波長,光線軌跡可以在較低的計算成本下求解較長距離的傳輸。同時,光線在不同介質分界面上可以產生反射和折射現象。

光線追蹤求解步驟中的簡捷設定

光線光學模組內置各種相關邊界條件,其中包括  鏡面反射和漫射組合。

光線可以從模型內部區域、邊界或是均勻格點上釋放。同時還包括一些專用的釋放功能用於模擬太陽輻射或是照射面的反射、折射產生的光線發射。透過專業後處理工具來分析光線軌跡,分析許多光線上的表達式​​,並可視化干涉圖。

 

 

 

光線光學的多物理場應用
應力、溫度或其他物理參數的改變一般會影響光線軌跡的分佈,或是影響求解域的幾何形狀或折射率。

類似地,高能光線能夠產生顯著的熱源,改變溫度場或引起明顯的熱應力。

光線光學能夠完全描述這些多物理應用的模擬。

在求解域或邊界上的累加器功能可以創建儲存對應求解域或邊界網格單元上的包含光線訊息的因變量。

專用功能還包括計算光線區域衰減或邊界吸收產生的沉積功率。

借助該功能還可以設置光線軌跡與其他物理介面中的因變量之間的單向或雙向耦合。應用案例包括熱透鏡效應的自洽模型等。
 
光線分析中的專業後處理功能
您可以藉助光線軌跡圖中的顏色表達式或是變形操作實現光線可視化。

這可以用於比如暫態電場偏振振幅的可視化變形。

光線繪圖還可以實現在指定時間步階中所有光線或是兩束光線相位互作用時光線屬性隨時間的變化。

借助干涉條紋圖,可以觀測偏振光線在相位交切面上的干涉現象。

其他後處理工具還包括光線數值估算中的表格生成功能,觀測光線軌跡與平面相位交的龐加萊圖(點圖),相位空間中所有光線看作軌跡點時,兩個變量的相位互作用相位圖描述。
 
內建工具分析光線強度、極化等

幾何光學物理場介面是光線光學模組內建的一個專業化介面,用於模擬光線的傳播。

幾何光學介面包含的一些可選變量支援使用Stokes 參數計算光線強度,從而能夠模擬偏振、部分干涉、或非偏振輻射。使用常見的光學元件邊界條件,例如線光源偏振器和波延遲器,我們將能更改邊界上的極化。當計算強度時,光線被看作波前,並會計算其曲率主半徑,從而能夠輕鬆可視化焦散表面。

在介質交界面,將使用Fresnel 方程計算反射和傳輸係數,還支援基於存在的介電薄膜進行校準。

當對暫態電場感興趣時,例如在干涉儀中,可以啟動相位變量。其他物理場介面設定還支援計算光學路徑長度,允許按照頻率分佈釋放光線,並提高了吸收介質中光線軌跡的精度。
 
光線追蹤求解步驟中的簡捷設定

雖然是在時域中計算光線軌跡,但卻沒有必要指定時間步階的列表。

在光線追蹤求解步驟中直接指定所需光學路徑大小即可求解光線軌跡。

如果所有的光線均已離開求解域或剩餘光線能量強度忽略不計時,通過內建的停止條件可以終止暫態求解器,從而阻止求解器佔用不必要的時間步階,提高求解效率。

特點

▲吸收介質

▲域和邊界上的累加變量

▲圓偏振波延遲器

▲強吸收介質的修正

▲域或邊界上的射線功率沉積

▲介質膜

▲繞射光柵

▲漫散射

▲頻率分佈

▲理想退偏器 

 

▲均勻介質中的強度計算

▲線起偏器

▲線波延遲器

▲Mueller 矩陣

▲非序列射線追蹤

▲光路長度變量

▲儲存射線狀態數據的選項

▲相位計算

▲相圖

▲Poincaré 圖(點圖)

 

▲極化、非極化和部分相干輻射

▲曲率計算的主要波前半徑

▲漸變或均勻介質中的射線追蹤

▲基於光路長度的射線追蹤研究步驟

▲射線軌跡和射線圖

▲材料不連續處的反射和折射

▲從域、邊界或格點處釋放射線

▲鏡面反射

▲Stokes 參數計算

應用

▲建築物理和科學

▲照相機

▲塗料

▲成像

 

▲干涉儀

▲雷射

▲透鏡系統

▲光學元件

 

▲單色儀

▲射線加熱

▲太陽能收集

▲分光計

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