在建立模型后,我们需要在杂光分析软件中对表面和材料的特性进行定义。此外根据我们进行分析的类型和情况,也需要对光源进行定义。

在之后的内容中,采用的分析软件为Tracepro,我们分析的对象是下面这样的小型日冕仪模型:

一、表面特性

在工作界面左边,我们首先可以看到组成导入模型的全部实体:

点开左边的小加号,则是组成这个实体的全部表面,这里需要指出的是,有时一个完整的表面导入杂光分析模型后又被划分。例如一个球面被分为了两半,这不影响杂光分析。

我们鼠标右击实体或某个表面,点击属性:

选择表面,这里可以把一定编辑好的表面特性应用在我们所选择的实体或单个表面上,选择好后点击应用:

通过Ctrl或Shift键可以快速选择多个实体应用特性:

如果没有我们需要的特性,我们可以对表面进行自定义,选择定义-编辑材质-表面材质:

我们可以新建目录,或者在已有目录下新建特性,点击新增特性,这里可以输入特性名称,并选择散射模型,这里我们就选上一篇文章介绍的ABg模型。

在上一篇文章中我们已经介绍了什么是BRDF和BTDF,我们可以用表格编辑不同温度、波长、入射角对应的吸收、反射、散射情况。例如这个材质我们让吸收率为0.9,透过率和反射率为0,B=0.0001,g=2,点击求解BRDF,软件即可根据能量自动计算出A值。

编辑好的材质点击保存即可:

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二、材质特性

编辑材质的方法与编辑表面基本一致,我们只需要对与光有直接作用的实体进行编辑即可,例如各个透镜和滤光片,其他的机械结构和反射镜只需要对表面进行编辑。在应用特性中选择材料,我们可以将玻璃库里的材料逐一应用在各个透镜上。

点击检视数据,我们可以检查这种材料的参数是否与光学设计软件一致,如果没有我们所需要的材料,这里也可以按同样的方法进行自定义:

三、光源特性

进行杂光分析还需要有光源,在Tracepro中的光源分为格点光源、表面光源、文件定义光源三类,一般情况下成像系统的杂光分析我们使用格点光源和表面光源即可。

点击定义-格点光源设定,在这里我们可以定义格点的位置、大小、光束的类型、发散角、偏振等特性。格点的环数决定了追迹光线的数量,若环数为N,则这个格点发出的光线数为3N(N-1)+1。

此外我们可以插入一个几何物体,把这个几何物体的某个表面设置为光源,这种光源就是表面光源,表面光源的定义和设置方法与表面特性基本一致。

仿真时一般需要让表面光源发的光线充满入瞳,光源模拟的距离角度等则可以通过表面光源特性编辑,例如一束某个角度下的充满入瞳的平行光即可认为是某视场的无穷远点光源发出的。

四、总结

在进行杂光分析时,我们需要定义表面和材料的特性以及光源的属性。在Tracepro中,我们首先通过编辑表面特性和材质特性来定义模型中的表面和材料,包括选择现有特性或自定义特性。随后,我们设置光源特性,可以选择格点光源或表面光源,并根据需要编辑其位置、大小、光束类型等属性。通过这些步骤,我们可以准确模拟光学系统,并进行杂光分析以评估其性能。

特性的定义是杂光分析前期工作中的核心,只有特性定义准确杂光分析的结果才具有参考意义,本文简单演示了一下操作方法,在实际工程中,这一步需要结合大量的资料、经验和尝试。