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常见问题

ZEMAX的光源仿真应用

发布时间:2023-03-31 15:08:13人气:2051

根据简单光源数据模拟

打开ZEMAX,将其切换到非序列模式:

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接下来,完成单位的设置,执行  system>general>units

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有关光能及其计算的问题,要特别注意物理单位。本例中光照度单位采用勒克司。

将缺省的非序列物的类型设为source_radial。在ZEMAX中,source_radial代表一个矩形或椭圆形平面光源,它能向半球面空间内发射光线。在半球面内,光线关于本地Z轴呈对称分布,并且光线的强度随角度的分布属立方样条拟合。将null object定义为source_radial是将光源数据输入到ZEMAX的最简单直接的方式。 

右键单击null object:

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如下图所示,是美国Lumileds(流明)公司的LED产品LXML-PWW1说明书中提供的发光强度分布曲线。它呈明显的余弦分布。

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根据上述曲线,我们可以构造这样出表2:

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说明书上还注明,LXML-PWW1的直径是6mm,典型输出功率是120 lumens。设layout rays数量为30,analysis rays 数量为10000000。将上述参数输入到ZEMAX中:

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我们得到光源的外形图和灰度度:

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显然,发光强度的计算结果与说明书中给出的曲线相符得比较好。

根据详细光源数据模拟

有些LED制造商免费提供ZEMAX Source File格式、有关LED产品的详细光学性能数据。目前已知的这方面的造商有Osram(欧司朗)和Lumileds公司。 

这是Lumileds公司的页面,从中可很方便地下载到ZEMAX格式的光线文件。

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下载后,一定要将它以扩展名.dat存到{zemaxroot}/objects文件夹内。 

例如,下载到LXML-PWW1_5M_Z.dat这个文件后(它对应的就是Lumileds公司的LED产品LXML-PWW1),将它存到{zemaxroot}/objects文件夹内,然后运行ZEMAX,建立一个非序列文件,将object type设为source file:

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ZEMAX中的source file光源,其光线坐标、余弦和强度都是在由用户提供的文件中定义的,这一特征可以保证在ZEMAX中创建由用户定义的任意光源。在comment column,必须填入包含光线数量的文件名。 

各参数的含义: 

Randomize:如果设为0,将按文件中列出的顺序对光线做常态追迹;如果设为非零值,则每对文件读一次,或NSC编辑器中source object的相关参数每变化一次,光线的顺序就会被重新随机化一次。但如果要对光线做随机化处理,必须是在文件中的光线数量等于或少于1,000,000这个前提下。如果光线数量超过这个数,计算机的内存就处理不了了。 

Total(units):该值只用作参考,是用文件中定义的光源单位给出的总功率。该是由ZEMAX自动给出的,用户不要去设定或改变它。每条光线的实际功率是由Power(units)项和所追迹的光线数量决定的。 

然后给光源加一个Detector Rect探测器。对光源进行追迹,得到的光源的空间和角度特性如下:

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由上述结果可见,由制造商提供的ray file所包含的信息要比单纯的datesheet丰富,从中可以看出一些精确辅助结构。 

形状复杂的光源模拟

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如上图所示,是光源的"mini "模型,由10个部件组成。这个光源文件见{zemaxroot}/samples/non-sequential/sources/led_model.zmx。其编辑器如下图:

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这个光源内部由几个object组成,包括:

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可直接对这种光源模型做追迹,同时可将所产生的光线存到光线数据库中。在光线数据库viewer中(Analysis > Database > Ray Database Viewer),可选定测试object,交把入射到该object上的所有光线作为一个新的source object存起来。在需要时,可用source_file object来读取该数据文件。

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在对几何结构复杂的光源进行模拟时,经常会遇到这样的问题:怎样选择具体数值?例如,在电极丝上应采用怎样的散射函数?支撑结构的反射系数是多少?这些数据都不太容易确定。 

再有一个问题:我们建立起来的这样一个光源模型,必须与制造商提供的测试数据相符。这就引出另外一个问题,为什么最先采用的不是测试数据呢? 

一般来讲,测试数据要更精确,也更容易应用。但在某些系统中,特别是在需要将由光源发出的光重新成像到光源中时,要求一个更加精确的光源,此时就需要我们自己给模型输入参数了。当然我们也可以把两者结合起来:我们自己创建光源模型,但光源发出的光线采用制造商提供的测试数据。 

关于复杂光源的模拟构造可以这样来总结: 

1.如果没有测试数据,那么最简单,也是最佳的模拟方法,是采用source_radial或其他的ZEMAX自带的光源; 

2.制造商提供的测试数据的优点是:精度高,易于使用; 

3.如果需要对光线做反向追迹,最好采用复杂光源模型。



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