Zemax非序列光线追迹剖析
非序列面光线追迹
三 在CODE V中编辑非序列面/元件
删除非序列面
有时需要删除已经定义的非序列 面，删除非序列面的方法如下： 1. 选择Review菜单中的Nonsequential Surfaces菜单； 2. 在Non-sequential Surfaces菜单 中的Non-sequential Surfaces区 选定要删除的非序列面； 3. 右键点击表面序号，点击 Delate。 注意：删除非序列面只是此表面 的序列属性删除，并不是删除 这个表面
三 在CODE V中编辑非序列面/元件
给定开始的非序列面
新插入一个 非序列面
将已有的序列 表面转换为非 序列表面
Hale Waihona Puke 新插入非序 列面数选择最后一 个非序列面
三 在CODE V中编辑非序列面/元件
三 在CODE V中编辑非序列面/元件
三 在CODE V中编辑非序列面/元件
建立非序列面/元件 之后，要按实要求 对非序列面进行编 辑，进行非序列表 面/元件的方式如下： •选择Review菜单中 的Non-sequential Surfaces调出此对话 框进行编辑
基于CODE V的非序列面光线追 迹
张斐然
蒙裴贝
巩晋南
一 概述
非序列光线追迹的定义
•非序列光线追迹没有预先定义光线的传播顺序 •没有序列光线追迹的限制
序列光线追迹指按光学系统的顺序对光线进行追迹，光 线只通过表面一次，不考虑光学表面的反射； 序列光线追迹专门用于成像系统的分析中
•许多系统不能够使用简单的连续面建立
二 非序列面在CODE V中的建立
•创建非序列元件 •将既有的序列面转换成非序列面
二 非序列面在CODE V中的建立
创建非序列元件
zemax光线追迹方法
zemax光线追迹方法在光学设计和光学系统仿真中，Zemax是应用广泛的光学仿真软件。
光线追迹方法是Zemax中最基本的光学仿真方法之一、光线追踪是一种通过计算光线在光学系统中的传播路径和光学参数来模拟光学系统行为的方法。
在Zemax中，光线追踪方法可以用于计算光线的传播路径、传递参数和光线能量分布等，以评估光学系统的性能。
光线追踪方法的基本原理是根据几何光学的假设，通过追踪光线的传播路径并计算光线与光学元件之间的交互作用来模拟光学系统的行为。
在Zemax的光线追踪方法中，光线可以从光源发出，并经过透镜、反射镜等光学元件的传播路径，最后到达像平面或探测器上。
在光线的传播路径中，会计算光线的射线矢量、能量、光程差、相位、波前畸变等参数，并根据这些参数来分析光学系统的性能。
在Zemax中，光线追踪方法可以用于计算光学系统中的各种参数和特性。
例如，可以计算光线的传播路径、光线的能量分布、光线的偏振状态、光线的波前形状等。
通过这些参数的计算，可以评估光学系统的成像品质、能量传输效率、波前畸变等性能。
这些参数和特性的计算结果可以用于指导光学系统的设计和优化。
使用光线追踪方法进行光学系统仿真需要先建立光学系统的模型。
在Zemax中，可以通过建立光学元件的描述和定义各个元件之间的光束传递关系来构建光学系统的模型。
光学元件的描述包括光学表面的形状、曲率、折射率、透明度等参数。
在模型构建完成后，可以定义光源的位置、方向、波长等参数，然后使用光线追踪方法进行光学系统的仿真。
在进行光线追踪方法的仿真时，可以使用Zemax提供的各种分析工具来评估光学系统的性能。
例如，可以使用瑞利孔径、MTF（Modulation Transfer Function）等参数评估光学系统的分辨率与成像能力。
可以使用波前畸变、Zernike多项式等参数评估光学系统的像差与畸变程度。
可以使用光束传递矩阵、光量子效率等参数评估光学系统的能量传输效率与损耗程度。
zemax光线追迹操作
zemax光线追迹操作摘要：I.引言- 介绍Zemax 光线追迹操作II.Zemax 光线追迹操作的基本概念- 光线追迹的定义- Zemax 软件介绍III.Zemax 光线追迹操作的具体步骤- 准备工作- 操作流程1.创建模型2.设定光源3.添加光学元件4.设置光线参数5.运行光线追迹6.分析结果IV.Zemax 光线追迹操作的应用领域- 光学设计- 光学分析- 光学研究V.结论- 总结Zemax 光线追迹操作的重要性正文：I.引言Zemax 是一款专业的光学设计软件，通过对光学系统的建模、计算和优化，帮助用户完成光学设计任务。
在Zemax 中，光线追迹操作是非常重要的一个功能，它可以模拟光线的传播过程，为光学设计提供依据。
本文将详细介绍Zemax 光线追迹操作的相关知识。
II.Zemax 光线追迹操作的基本概念光线追迹，顾名思义，就是模拟光线的传播过程。
在光学设计中，通过设定光源、光学元件等参数，然后运行光线追迹操作，可以预测光学系统在实际工作过程中的性能表现。
Zemax 软件是一款强大的光学设计软件，提供了丰富的工具和功能，帮助用户完成光线追迹操作。
III.Zemax 光线追迹操作的具体步骤在Zemax 中进行光线追迹操作，需要遵循一定的步骤。
具体来说，可以分为以下几个部分：1.准备工作在开始光线追迹之前，首先需要创建一个光学模型。
这个模型可以是一个简单的光学系统，也可以是一个复杂的光学装置。
根据模型的复杂程度，可能需要花费一定的时间来完成模型的创建。
2.操作流程（1）创建模型在Zemax 中，可以通过绘制光学元件的形状，然后设定其参数（如折射率、厚度等），来创建光学模型。
（2）设定光源为了进行光线追迹，需要设定一个或多个光源。
在Zemax 中，可以设定点光源、线光源和面光源等不同类型的光源。
同时，还需要设置光源的参数（如位置、强度、波长等）。
（3）添加光学元件在光学模型中添加光学元件，如透镜、反射镜等。
Zemax课堂(非序列)
Non-sequential components(NSC)
•
• • • • • •
用完全3D固体模型代替2D面，这些固体称为 non-sequential components(NSC)。 NSC光线追迹支持下列功能：
定义和放置多个sources、objects and detectors， 使用实际的辐射度和光度单位，包括watts，lumens，lux，phot， footcandles等， 自动确定ray-object相交的顺序， 自动探测reflection, refraction和 total internal reflection (TIR)， 支持3D objects，包括diffractive optics， 支持偏振光追迹和薄膜，散射的统计模型，包括Lambertian，Gaussian 和Abg。
NSC without ports
• 考虑sources和detectors，忽略entry 和exit port。
• 系统里没有sequential paths或部分sequential paths，如headlamp reflectors，complex light pipes或general illumination systems，这时 候使用NSC without ports 。 • 通过将整个系统(如相机或望远镜)放入一个non-sequential group中， 进行non-sequential光线追迹，还可以分析sequential systems 中的 ghost，stray和scattered light的特性。
• 能提供的分析功能有：光线分布和detector记录的能量。
NSC ray tracing with ports的步聚
使用ZEMAX设计的典型实例分析
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析武汉光迅科技股份有限公司宋家军（QQ：41258981）转载并修改摘要光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。
简介ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout)一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。
根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。
一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。
“序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。
所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。
在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。
光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。
若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。
对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。
几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。
在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。
zemax非序列
Wavelab-sci Weixing_Zhao
Pure non-sequential ray tracing
• • • • •
光线可以被光学组建分光、散射 光线可以在相位面或物体上发生衍射 分析选项在非序列中可用 探测器可以是平面、曲面或三维的物体 非序列探测器支持各种显示类型：
– 非相干的辐射照度、相干照度、相干相位、辐射强度 和辐射率
• 所有这些使非序列光线可以应用于鬼像分析、和
各种照明系统的杂散光分析
Wavelab-sci
Weixing_Zhao
Facted reflectors：
• Samples > Non-sequential > Facted objects > •
Toroidal faceted reflector.zmx 混合模式的 环形小面反射
Wavelab-sci
Weixing_Zhao
Wavelab-sci Weixing_Zhao
Mixed sequential/non-sequential ray tracing
• • • • •
非序列建立在非序列组中 非序列是更大的序列模式的一部份 序列光通过接口进出非序列部分 在一个序列模式中可以建立多个非序列组 可以将有小面的反光罩等非序列的组件放 置在序列性模式中
ZEMAX 在非序列光线 暨照明系统中的应用
光研科学（中国）有限公司 主讲：赵伟星
ZEMAX TFCalc LAS-CAD 光学软件中国独家总代理 电话: +86 25 57929358 传真: +86 25 57929359 Email: support@ Website:
zemax非序列
Facted reflectors：
• 可以使用zoom放大图像
•可以看到反射面
上的小面 •许多形状的物体 都可以在非序列 中建立：螺旋面、 发散式的、多项 式非球面和菲涅 ed reflectors：
• 几何像质分析窗口显示了光线在像面上的情况
– 序列中的光源只能以点或平面扩展光源放在物面上 – 非序列光源可以放在任何位置、任何方向，甚至其它 物体内部 – 非序列光源从点光源到复杂的三维光源都可建立 – 非序列可以从ProSource和Luca Raymaker读取真实光 源的数据
Wavelab-sci Weixing_Zhao
Pure non-sequential ray tracing
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光线可以被光学组建分光、散射 光线可以在相位面或物体上发生衍射 分析选项在非序列中可用 探测器可以是平面、曲面或三维的物体 非序列探测器支持各种显示类型：
– 非相干的辐射照度、相干照度、相干相位、辐射强度 和辐射率
• 所有这些使非序列光线可以应用于鬼像分析、和
各种照明系统的杂散光分析
Wavelab-sci
Weixing_Zhao
Facted reflectors：
• Samples > Non-sequential > Facted objects > •
Toroidal faceted reflector.zmx 混合模式的 环形小面反射
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Weixing_Zhao
Wavelab-sci Weixing_Zhao
Mixed sequential/non-sequential ray tracing
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zemax光线追迹操作
zemax光线追迹操作摘要：1.Zemax光线追迹简介2.Zemax光线追迹操作步骤3.Zemax光线追迹应用领域4.Zemax光线追迹的优势5.总结正文：Zemax光线追迹操作是一种在光学设计中广泛应用的方法，它可以帮助我们理解和评估光学系统的性能。
本文将详细介绍Zemax光线追迹的操作步骤、应用领域、优势以及如何在实际光学设计中运用。
一、Zemax光线追迹简介Zemax光线追迹是一种基于光线传播的数值模拟方法，通过追踪光线在光学系统中的传播路径，分析光学元件对光线的传播效果，从而评估光学系统的性能。
Zemax软件是光学设计领域中广泛使用的工具，它为用户提供了一系列强大的功能，包括光线追迹、光学系统优化和像差分析等。
二、Zemax光线追迹操作步骤1.创建光学系统：在Zemax软件中，首先需要创建一个光学系统，包括光学元件（如透镜、反射镜等）和光轴。
2.定义光线：根据光学系统的需求，定义入射光线的位置、角度和方向。
3.设置光学元件：为光学系统中的每个元件设置相应的光学参数，如折射率、厚度等。
4.光线追迹：点击“追迹”按钮，软件将按照设定的光线参数和光学元件参数，自动计算并显示光线在光学系统中的传播路径。
5.结果分析：根据光线追迹的结果，分析光学系统的性能，如成像质量、像差等。
6.优化设计：如有必要，可以根据光线追迹的结果对光学系统进行优化，如调整光学元件的位置、厚度等。
三、Zemax光线追迹应用领域1.光学系统设计：通过光线追迹，评估光学系统的性能，优化设计方案。
2.光学元件评估：分析不同光学元件对光线传播的影响，为光学元件选型提供依据。
3.成像质量分析：评估成像系统的成像质量，如分辨率、清晰度等。
4.光学生产过程控制：在生产过程中，利用光线追迹监测光学系统的性能变化，确保产品质量。
四、Zemax光线追迹的优势1.高效：Zemax光线追迹算法成熟，计算速度快，可快速得到光学系统的性能评估。
2.精确：光线追迹结果精确，能为光学设计提供可靠的参考依据。
ZEMAX实践操作简明教程
图 8 图形窗口中的文本信息
表 3 Graphics windows 菜单功能
菜单项
Update
Setting
Copy Clipboard
Save Text
Windows
Lock
Clone
Configuration
功能描述
更新窗口中的数据 设置窗口的属性 打印窗口的内容 将内容拷贝到剪切板中 保存 ASCII TXT 文件
不能做优化和公差分析
二、 用户操作界面
Zemax 主要有以下四种类型的操作界面： Editors:定义和编辑光学面和其他数据； Graphic windows：显示图形数据； Text windows：显示文本数据； Dialog boxes：编辑和回顾其他窗口或系统的数据，或者报告错误信息等。
可进行优化和公差分析
Non-sequential trace
以 object（对象）为对象建模 可有多个光源
不限制光线和面相交的顺序 光线与同一面（或物）可多次相交
镜面反射和漫反射 可以是全反射
在 object 外的光线也进行追迹 Object 的位置由全局坐标确定
所有空间是等价的 分析的光线多，计算速度慢
4
图 7 图形窗口示例
⑵ 点击 Graphics window 界面中的 Text 菜单栏，可以看到图形窗口中的文本信息 （如图 8 所示）。Text windows 是 Graphics window 界面图形所对应的文本数据，对于 Text windows 窗口中的菜单项，其主要功能如表 3 所示。
物空间边缘光线的数值孔径 nsinθ（物在有限远处保持 N.A.为常数） EPD 的大小由光栏的半径决定
zemax 非序列定义矩形高斯光源
zemax 非序列定义矩形高斯光源Zemax软件是一种常用于光学设计和仿真的工具，非序列定义矩形高斯光源是其中的一个重要功能。
本文将介绍使用Zemax软件进行非序列定义矩形高斯光源设计的方法和步骤。
我们需要了解什么是非序列定义矩形高斯光源。
矩形高斯光源是一种理想化的光源模型，它具有高斯分布的光强度和矩形的空间形状。
非序列定义则表示该光源的光线不是按照特定的顺序产生的，而是随机分布在光源的发光面上。
在Zemax软件中，设计非序列定义矩形高斯光源的步骤如下：第一步，打开Zemax软件并创建一个新的光学系统。
可以选择空的系统或者导入已有的系统文件。
第二步，定义一个矩形光源。
在“系统数据”栏中，选择“非顺序”选项，然后点击“添加非顺序光源”。
第三步，在“非顺序光源”对话框中，选择“矩形”作为光源类型。
可以设置光源的大小、位置、光强度、光线数量等参数。
第四步，设置光源的属性。
可以设置光源的波长范围、偏振、相位等属性。
这些属性可以根据具体的实验需求进行调整。
第五步，进行光线追迹和分析。
在Zemax软件中，可以使用光线追迹模块来模拟光线在光学系统中的传播和变换。
可以观察光线的传播路径、光强分布、聚焦效果等。
第六步，优化设计。
根据模拟结果，可以对光学系统进行优化。
可以调整光源的位置、角度、形状等参数，以达到期望的光学效果。
需要注意的是，在进行非序列定义矩形高斯光源设计时，需要根据具体的实验需求和光学系统的特点进行调整。
不同的实验目的可能需要不同的光源参数和系统设计。
总结一下，Zemax软件提供了非序列定义矩形高斯光源的设计和模拟功能。
通过设置光源的参数和属性，可以模拟光线在光学系统中的传播和变换，帮助优化系统设计。
这一功能在光学设计和仿真领域有着广泛的应用。
希望本文能够对使用Zemax软件进行非序列定义矩形高斯光源设计的读者有所帮助。
(完整word版)ZEMAX中如何优化非序列光学系统(翻译)
ZEMAX中如何优化非序列光学系统（翻译）优化就是通过改变一系列参数值（称做变量）来减小merit function的值，进而改进设计的过程，这个过程需要通过merit function定义性能评价标准，以及有效变量来达到这一目标。
本文为特别的为non-sequential 光学系统优化提供了一个推荐的方法。
推荐的方法如下：The recommended approach is:∙在所有merit function中使用的探测器上使用像素插值，来避免像素化探测器上的量化影响。
∙使用这些探测器上的合计值，例如RMS spot size, RMS angular width,angular centroid, centroid location 等，而不是某个特定像素上的数据。
这些'Moment of Illumination' 数据优化起来比任何特定的像素点的值平缓的多。
∙在优化开始之初使用正交下降优化法（Orthogonal Descent optimizer），然后用阻尼最小二乘法（damped least squares）和锤优化器（Hammeroptimizers）提炼结果。
正交下降法通常比阻尼最小二乘法快，但得到的优化解稍差。
首先使用正交下降优化法。
作为例子，我们用几分钟的时间优化一个自由形式的反射镜，最大化LED的亮度，使之从23Cd增加到>250 Cd。
Damped Least Squares vs Orthogonal DescentZEMAX 中有2中局部优化算法：阻尼最小二乘法(DLS)和正交下降法(OD)。
DLS 利用数值计算的结果来确定解空间的方向，即merit function更低的方向。
这种梯度法是专门为光学系统设计的，建议所有的成像和经典光学优化问题使用。
然而，在纯非序列系统优化中，DLS 不太成功，因为探测是在像素化的探测器上，merit function是本质上不连续的，这会使梯度法失效。
zemax光线追迹原理
zemax光线追迹原理Zemax光线追迹原理Zemax是一种专业的光学设计软件，它基于光线追迹原理，帮助光学工程师设计和优化光学系统。
光线追迹是一种基于光的传播规律的模拟方法，通过模拟光线在光学系统中的传播路径，可以预测光学系统的性能和效果。
光线追迹原理是基于光的波动性和几何光学的理论基础上发展起来的。
在光学系统中，光线可以被看作是一条直线，光的传播可以通过光线的追踪来模拟。
在光线追迹中，光线从一个点出发，按照一定的规则传播，直到到达另一个点或者被吸收、散射等现象影响。
光线追迹原理的核心是光线的传播规则。
根据光的波动性，光线在传播过程中会发生折射、反射、散射等现象。
这些现象可以通过光的波动性和介质的光学特性来描述，例如折射率、反射率等。
通过计算光线在不同介质中的传播路径和相应的光学特性，可以预测光线在光学系统中的传播效果。
在Zemax中，光线追迹原理被应用于光学系统的设计和优化过程中。
光学工程师可以通过输入光学元件的参数和光源的特征，模拟光线在光学系统中的传播路径和光的传播效果。
通过分析光线的传播路径和光学效果，可以评估光学系统的性能，并进行优化。
在光学系统设计中，光线追迹原理可以帮助工程师解决一些重要的问题。
例如，光线追迹可以用于确定光学元件的位置和形状，以实现特定的光学效果。
它还可以用于评估光学系统的分辨率、像差、光强分布等性能指标，以指导系统的优化设计。
此外，光线追迹还可以用于模拟和分析光学系统中的各种光学现象，例如散射、色散、干涉等。
Zemax光线追迹原理是一种基于光的传播规律的模拟方法，通过计算光线在光学系统中的传播路径和光学特性，可以预测光学系统的性能和效果。
它在光学系统设计和优化中起着重要的作用，帮助光学工程师实现更好的光学系统设计。
zemax 非序列可以计算m2 光束质量
是的，Zemax的非序列模式可以用来计算M²光束质量因子。
具体步骤如下：
1. 打开Zemax软件，并创建一个新的光学系统。
2. 在光学元件列表中选择一个具有适当性质的理想化的45°反射镜。
3. 使用光源编辑器设定一个合适的激光光源，包括波长、光束直径等参数。
4. 在系统编辑器中将光源放置在适当的位置，确保激光束会与45°反射镜相交。
5. 运行光线追迹，计算出激光经过反射后的光线传播情况。
6. 导航到“分析”选项卡，在“Far Field Plot”（远场图）下选择适当的设置，如远场距离、采样点数等。
7. 运行远场分析，得到激光经过反射后的远场光场分布。
8. 使用光束质量因子（M²）进行评估。
9. 打开“Analysis”菜单，选择“Beam Analyzer”（光束分析器），然后选择“Calculate Beam Quality Factor”（计算光束质量因子）。
10. 在对话框中选择正确的光束类型和波长，然后运行计算，得到光束质量因子M²的值。
请注意，具体的步骤可能会因为Zemax的版本或者您的特定需求而有所不同。
在操作过程中遇到任何问题，建议您查阅Zemax的官方文档或者寻求专业人士的帮助。
ZEMAX实训总结与思考
ZEMAX实训总结与思考
ZEMAX是一款使用光线追迹的方法来模拟折射，反射，衍射和偏振的各种序列和非序列光学系统的设计和仿真软件。
在通过上学期的物理光学和几何光学的课程学习，我们已经拥有了一定的光学理论基础，但是却缺乏相应的实践与锻炼，本学期通过对emax 软件的学习使用，一方面增加了我们对该软件的熟练使用，另一方面也使得我们对光学知识有了更深一层的理解与综合应用。
在本课程的初始，我们首先在老师的带领下，对上学期的部分光学知识进行了回顾，然后才正式地进入了emax软件的入门学习。
在emax的入门学习阶段，我们通过老师的帮助指导下，对emax进行了初步的认识。
在该阶段，我们通过练习，了解了界面主窗口菜单的各项功能及相应的操作。
一些常用的操作与功能也在大量的练习中愈发熟悉，如对数值孔径，视场，波长等的操作。
在老师的讲解下，我们熟练掌握了大量光学行业中约定的解释，如优化，公差分析等；还有一些对各个对话窗口的操作，如镜头数据，波长数据等。
通过对emax入门阶段的学习，使得我们对接下来的更深入的学习也拥有了一定的基础，更是极大地提高了我们对光学系统设计的兴趣。
接下来，我们则是对像质评价和相差校正等知识进行了学习和操作。
ZEMAX提供了丰富的像质评价目标，如评价小像差系统的波像差，包围圆能量集中度，评价大像差系统的mf，几何像差评价方法等。
而通过学习我们也得知，像质评价的结果表现形式也是多种多样的，既有各种直观的图形表示方法，也有详细的数据报表。
在像差校正的相关章节中，我们首先对基本的初级像差的基本知识进行了学习。
了解各种像差产生的原因，如球差，慧差，像散，畸变等的像差理论。
zemax中膜层对光线追迹的影响
zemax中膜层对光线追迹的影响1.引言1.1 概述概述膜层是现代光学系统中不可或缺的一部分，它能够对光线进行修正、调节和优化，以实现所需的光学性能。
在Zemax光学设计软件中，膜层模块提供了一种方便而高效的方法来模拟和分析膜层对光线追迹的影响。
本文将深入探讨在Zemax中膜层对光线追迹的影响，并重点介绍膜层的定义、功能以及在Zemax中的建模方法。
通过清晰地解释膜层的概念和作用，读者将能够更好地理解膜层在光学系统设计中的重要性和应用。
在正文部分，我们将首先引导读者了解膜层的定义和功能。
膜层是由多层不同材料的薄膜组成，可以用于改变光线的传输特性，例如反射率、透过率、相位等。
通过在光学系统中引入膜层，我们能够实现对光线的精确控制，并满足光学系统设计的要求。
接着，我们将详细介绍Zemax软件中膜层的建模方法。
Zemax提供了一套强大的工具和功能，使得膜层的建模变得简单而灵活。
我们将探讨膜层参数的设定、表面特性的调节以及膜层对光线追迹的影响分析。
最后，在结论部分，我们将总结膜层对光线追迹的影响，并探讨其对光学设计的启示。
通过深入探究膜层的作用和建模方法，我们将能够更好地理解膜层在光学系统中的应用，以及如何利用膜层来优化光学系统的性能。
通过本文的阅读，读者将能够了解膜层在光学系统设计中的重要性和作用，并掌握在Zemax软件中模拟和分析膜层对光线追迹的方法。
希望本文能够为光学设计工程师提供有价值的信息和指导，使其能够设计出更优秀的光学系统。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：文章结构部分旨在介绍本文的整体结构和各个部分的内容安排，以帮助读者对整篇文章有一个清晰的了解。
本文按照以下结构组织：1. 引言：引言部分将提供文章的背景信息和相关的基本概念，以及本文的目的和意义。
1.1 概述：在本节，我们将简要介绍膜层对光线追迹的影响，并概述本文的研究范围和主要内容。
1.2 文章结构：本节将介绍整篇文章的结构和各个部分的内容安排，以帮助读者快速了解文章的组织结构。
ZEMAX中观察追迹光线的发散角
ZEMAX中观察追迹光线的发散角在光学设计领域中，ZEMAX是一种广泛使用的光学设计软件，它主要用于设计和模拟光学系统。
在使用ZEMAX进行光学设计时，我们通常需要考虑光线的发散角，这对于评估光学系统的性能非常重要。
发散角是指从光源发出的光线在传播过程中的散射程度。
光线的发散角与光束的膨胀有关，通常用来衡量光线束的宽度。
在光学系统中，我们通常希望光束的发散角越小越好，因为这样可以获得更集中的光束，提高系统的光强度。
在ZEMAX中，我们可以使用光线追迹功能来观察和分析光线的发散角。
以下是一些常见的方法和技巧，可以帮助我们在ZEMAX中准确地观察光线的发散角。
首先，我们需要在ZEMAX中创建一个光学系统模型。
这个模型可以包含不同的光学元件，如透镜、物镜、凸面镜等。
在设置模型时，我们需要定义光源的位置和属性，例如光源的类型、光源的发散角等。
在ZEMAX中，我们可以运行光线追迹来模拟和观察光线的传播过程。
在进行光线追迹之前，我们需要设置一些追迹参数，例如光线的数量、起始位置和角度等。
通过调整这些参数，我们可以获得更准确的光线追迹结果。
运行光线追迹后，我们可以在ZEMAX中查看光线的传播轨迹。
这些传播轨迹可以以图形或数字的形式呈现。
通过分析这些传播轨迹，我们可以得到光线的发散角等信息。
在ZEMAX中，我们还可以使用散焦法（Defocus Method）来分析光线的发散角。
散焦法是一种常用的方法，通过调节一个透镜或镜头的位置来改变光线的发散角。
当光线通过透镜或镜头时，它的传播方向会发生变化，从而导致光束的收敛或发散。
通过分析在不同位置下的光束宽度，我们可以得到光线的发散角。
除了散焦法，ZEMAX还提供了其他一些方法来分析光线的发散角，例如傅里叶分析法（Fourier Analysis Method）、Gaussian光束法（Gaussian Beam Method）等。
这些方法基于不同的分析原理，可以提供更全面和准确的光线发散角分析结果。
Zemax光纤输出光斑整形光源的选择问题(非序列模式)018
018：光纤输出光斑整形光源的选择问题（非序列模式）前面，我们已经用序列模式（实际是混合模式）描述过光纤输出光斑整形的例子，为何又要在非序列模式中再次描述呢？因为笔者在应用中发现，混合模式在某些情况下仿真的效果不佳。
下面举例来说明这个问题。
随便举个例子，如图18-1所示，先将系统波长设为0.808、0.850、0.880、0.910、0.950、0.980多波长系统（多几个波长或者少几个波长都没关系），光纤作为非序列元件插入到序列模式中，光纤芯径为0.1mm；光纤输出后经消色差透镜准直，再经过一个柱面镜和一个消色差透镜聚焦成为一个椭圆形光斑。
然后打开点列图，查看光斑形状。
如图18-2和18-3所示，在光线数目设置为不同的条件下，光斑形状、几何尺寸会有较大差异。
有时候就会怀疑，光线数目到底多少是合适的，是否光线数目越多越准确呢？不过，光线数目太多的话，会影响显示效果，刷新图像时间比较长（切换一下窗口就会刷新），内存小的话就比较讨厌了。
甚至有时候光线数目差异不大（奇数或偶数差异），但也会导致显示效果差异明显。
于是，我们来看看完全在非序列模式下，仿真效果又会怎样。
图18-1 光学组件列表（参数较多分段显示）图18-2 点列图离焦列表（光线数目7）图18-3 点列图离焦列表（光线数目79）图18-4 3D光路结构图（混合序列模式）为了减少麻烦，用不着重新在非序列模式中编辑所有组件；我们可以将上述例子直接转换到非序列模式下。
步骤为，主菜单Tools→Miscellaneous→Convert to NSC Group，在弹出的对话框中，选择要转换的序列范围，比如，这里是从Surface 2到Surface 13，同时注意勾选Convert file to non-sequential mode，确定后即可转换为非序列模式，透镜元件都在。
不过，你会发现，原来已有的非序列组件不能转换过来，自动消失了。
不过没关系，重新编辑缺失的组件即可。
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非序列光线追迹非序列光线追迹是 Zemax 中的核心技术。
它是用于在具有多个光学路径的系统中对光线进行追迹的一种强大通用技术。
典型用例包括：1.照明系统，尤其是具有多个或复杂光源的照明系统2.干涉仪这类系统，其中穿过几个不同光学系统的光线必须以相干方式重组3.其他序列光学系统中的杂散光分析非序列范式是任何光线都没有预定义路径。
光线射出并投射到光路中的任意物体上，随后可能反射、折射、衍射、散射、分裂为子光线等。
与序列光线追迹相比，这是一项更为通用的技术，因此在光线追迹速度方面要慢一些。
在非序列元件编辑器中提供了物体列表。
此列表中的物体顺序没有意义（对此有几个例外情况：有关详细信息，请参见几何形状创建一节）。
光线从光源物体开始传播，直至投射到某个物体上，在该点可能会部分反射、透射、散射或衍射：的 N-BK7 棱镜面反射，大约 50% 的能在此例中，大约 1% 的能量被涂有 MgF2量被两个棱镜相接触的直角斜边面上的膜层反射/透射。
系统会发起新光线（称为“子”光线）以带走这部分能量，从而生成能量在系统中的去向的完整视图。
物体Zemax 中的非序列光线追迹以三维物体为基础。
（注意：要求所有程序均支持非序列光线追迹是不现实的。
）在 Zemax 中，非序列物体完全由定义该物体所需的所有表面组成。
例如，标准透镜物体由正面和背面、连接两面的柱体和边缘上的斜面组成。
多数 Zemax 物体均实现了参数化，这表示这些表面通过下列等式进行了定义。
因此，创建和修改很方便，而且仅占用非常少的内存空间。
此外，还可以进行优化并确定公差。
有些 Zemax 物体未实现参数化，如 CAD 物体。
这些物体只是作为数据文件存在。
由于 Zemax 将所有物体均视为三维体，而不是表面集合，所以很容易进行光线追迹和管理大型 CAD 文件。
基于表面的代码可能需要成千上万个表面来表示复杂的 CAD 物体：在 Zemax 中，它就是一个物体。
但是，不同的表面材料和膜层可应用到一个物体的任何表面，不论使用多少 CAD 实体来予以表示。
Zemax 支持 80 多种物体，包括透镜、非球面透镜、棱镜、全息图、Zernike 物体、衍射光栅等。
支持物体的完整列表如下所示。
此外，还有一系列“运算符”物体，可以从现有物体生成复杂的几何图形。
例如，您可以对本地 Zemax 物体执行布尔运算，形成任意物体数组，扫掠任意轴周围的现有物体以新建物体。
几何形状创建部分对此有详尽说明。
而且，还可以为不存在适当物体或不能从可用工具创建适当物体的特殊情况创建自己的物体类型。
将物体输入非序列元件编辑器中。
物体可相对于全局坐标框架或任何其它物体放置。
这样就可以轻松定义子组件。
物体可以重新定义为参考物体的任何其它物体框架，在定义位置提供全面的灵活性。
编辑器也可用于为物体提供参数化数据。
例如，如果使用透镜物体，则每个表面的曲率半径、厚度和光学材料就需要在编辑器中进行定义。
通过电子表格函数（称为解）可以“选取”参数数据，以便锁定属性。
例如，在双胶合透镜中，第二个透镜的第一个曲率半径必须等于第一个透镜的最后一个曲率半径。
跟随解则简化了这一操作。
还可以轻松实施更多复杂的解，从而可在电子表格编辑器中直接执行计算。
（请参见知识库文章“如何创建用户定义的解”，了解详细信息）。
创建和定位物体后，即可通过“物体属性”对话框设置详细属性。
可以应用光学薄膜和表面散射函数，以及本体散射、梯度折射率、衍射属性等。
一般而言，数据会得到控制，而“属性”对话框不会经常改变，通过电子表格编辑器可以输入更多的“定义”数据。
几何形状创建有时，需要利用提供的物体创建更复杂的物体。
例如，您可能需要在一个物体中放置另一个物体。
在这种情况下，规则很简单：必须首先在非序列组件编辑器中定义外层物体。
无论何时两个或更多物体共享一个体积或边界，始终需要通过列出的最后一个物体定义共享区域的属性。
但是，通过使用“运算符”物体甚至可以创建更多复杂的物体：1.布尔物体2.数组物体3.扫掠物体4.光源物体这些物体采用之前定义的物体并加以操作。
在这个简单的透镜底座中，布尔物体在之前定义的物体上执行布尔运算：数组物体可以针对任何之前定义的物体形成数组。
在接下来的示例中，我们通过非球面透镜与六角棒进行布尔交叉，形成一个具有六角外形的非球面透镜，然后使用数组物体制作一个 30x30 数组透镜：相比一个物体而言，数组几乎不会占用更多内存，而光线追迹则比利用多个独立物体定义数组快的多。
扫掠物体可以利用之前定义的物体与平面进行交叉，形成物体与该平面的横截面。
然后，横截面可以沿任意点旋转，新建一个“扫掠”物体。
在本例中，通过扫掠标准透镜物体形成环形透镜：最后，任何物体都可以制作成光源。
在此红外系统中，蓝色和绿色光线表示真实的“信号”，并在探测器上成像：第二个红色透镜也会因热辐射而在红外系统中发光。
使用光源物体，可以轻松将透镜物体转变为光源。
这些光线以红色表示。
顶端的红色光线将被光机一体底座轻而易举地阻断，但是请记住，这些光线也有温度，也会发光。
（注意：使用光源物体，也可以将 CAD 物体转变为光源）。
底端的红色光线在光学系统内经多次反射后，重新在探测器上直接成像。
仅仅通过屏蔽无法消除这种“水仙”信号，需要仔细的光学设计。
只有 Zemax 能够提供在相同软件包中管理两种杂散光的工具。
光源模型光源物体表示光源。
Zemax 有许多光源，包括灯丝光源、二极管光源和朗伯光源。
多数光源已实现参数化，所以可以根据您的具体要求进行定制，甚至经过优化，可以查找给定应用的理想光源。
此外，使用光源物体，可以轻松将任何物体转变为光源。
这是自发光体的理想选择，如红外区内的机械元件热辐射。
如需最准确的辐射度或光度评估，最好测量光源数据。
Zemax 支持光度数据、Radiant 光源数据文件和 Opsira数据文件的 IES 标准。
探测器物体探测器物体探测光线照射在空间和角度的分布。
数据以实际辐射度和光度单位提供，包括瓦特、流明、勒克司、厘米烛光、英尺烛光等。
例如，LED 对平面探测器进行照明：最常用的探测器类型是“矩形探测器”，探测矩形表面上的相干或非相干照明。
体探测器可以用来测量体对象内的吸收能量。
许多物体也可以用作探测器。
探测器可以设置成对照射在物体上的光线的吸收。
在本例中，第一个探测器位于聚光器的膜面上（因此，显示出均匀的发光强度分布）。
该探测器设置成不干扰通过的光线。
第二个探测器（显示出光源物体的图像）设置成终止光线追迹。
可以将探测器数据读入评价函数进行优化，如探测查看器所示，或者复制出Zemax 以其它代码（如 Excel 或MATLAB®）进行分析。
分光当光线从一种折射率的介质传播到另一种折射率的介质时，由于光线在两种介质中的速度不同，就会发生部分折射。
这意味着部分能量会被传播，部分能量会被反射。
另外，某些能量会丢失（吸收），尤其是界面上有金属膜层时。
有时，部分反射称为菲涅尔反射。
Zemax 拥有从裸露和覆膜表面（包括复杂的多层膜层）发生菲涅尔反射的复杂模型。
请参见偏振和光学薄膜章节，了解详细信息。
当光线与物体表面交叉时，Zemax 会计算界面传播、反射和吸收的能量比例。
然后，利用正确的相对能量将光线分裂为两部分：反射的光线和传播的光线。
下面是分光镜示例：的 N-BK7 棱镜面反射，大约 50% 的能在本例中，大约 1% 的能量被涂有 MgF2量被两个棱镜相接触的直角斜边面上的膜层反射/透射。
系统会发起新光线（称为“子”光线）以带走这部分能量，从而生成能量在系统中的去向的完整视图。
分光是在光学系统和许多照明系统中理解杂散光的一项关键技术。
Zemax 提供了全套分光建模。
除了全面的模型，Zemax 还支持分光概率模型，成为简单分裂。
这一相对简单的模型在类似增亮片这样的照明系统中具有优势。
光线散射除了表面部分反射之外，光线还可能因表面的微观粗糙现象而发生散射。
Zemax 支持从光学表面散射的许多详细模型，包括朗伯（用于非常粗糙的高散射度表面）、高斯（通常用于针对良好抛光表面和 ABg 进行散射建模），主要用于输入测量的散射函数。
此外，还有一个强大的用户定义散射函数功能，可以添加自己的散射分布函数。
在这种情况下，散射分布函数是一种 ABg 分布：Zemax 可以灵活控制如何处理光线散射。
您可以逐个物体地定义 Zemax 是否应决定散射光线，或者是否应始终启动非散射光线和指定数量的散射光线。
这是上述第一个屏幕快照中要完成的任务：输入光线分裂为镜面（非散射）光线以及从散射分布函数中随机选择的三条散射光线。
能量在所有光线之间正确分布。
您还可以利用其它控制功能，定义散射光线只能沿着规定的轨迹移动，从而极大地降低建立适当信噪比所需的光线数量。
在处理从机械 CAD 软件包导入的物体时，区分 CAD 物体的不同区域往往非常重要。
Zemax 可以将多个不同散射函数放在 CAD 物体的不同表面。
在本例中，红色表面是平滑的光质注塑塑料，银色表面则具有火花侵蚀模具产生的粗糙、散射表面。
Zemax 为您提供了一个简单的点击界面，可以轻松地将不同散射函数应用于 CAD 物体的不同表面。
除了从物体表面散射外，Zemax 还支持详细的体积（或本体）散射模型，其中，光学材料中的内含物可造成散射。
例如，这是对光学材料缺陷效果或生物组织散射的建模的理想选择。
光线追迹数据分析分析非序列系统中光线追迹结果的主要方法是使用探测器物体。
当光线投射到探测器物体上时，光线的位置、角度、能量和光路长度都会存储到系统中，以便通过探测查看器的分析功能生成下列分析。
Zemax 可以生成辐射度和光度分析。
下表在括号中显示光度折算值：1.非相干辐射照度（非相干照度）2.相干辐射照度（相干照度）3.相干相位4.辐射光强度（发光强度）5.位置空间辐射亮度（位置空间亮度）6.角度空间辐射亮度（角度空间亮度）此外，体探测器还提供：1.入射光通量2.吸收光通量3.吸收光通量/单位体积测量光通量的单位（辐射度或光度）。
光线也可以保存到光线数据库以供后续分析。
灵活的滤光片可让您定义光线必须满足的标准（例如，显示从物体 3 散射的所有光线，然后从物体 40 反射，然后投射到探测器物体 15 上）。
这可以轻松生成光线子集，无需重复光线追迹计算。
光线集可以单独分析，也可以用于定义光源数据文件。
在 Zemax 中，可以分析所有探测器数据，然后读入评价函数，以便进行优化和确定公差。
数据也可以直接读入 ZPL（Zemax中的内置编程语言）和外部程序（如MATLAB® 或 Excel）。
光线追迹优化因为大多数 Zemax 物体已实现参数化，而且可以将探测器数据轻松导入评价函数，因此可以使用 Zemax 优化照明系统。