FRED应用：二阶鬼像分析
类别:
激光
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2024-01-08 09:25
简介
FRED能够提供用户有关通过光机系统任意鬼像和散射路径的详细情况。我们简单地设置光学和机械的物理属性 (涂层、材料、散射模型等)，设置一个合适的光源，并且让FRED记录下在光线追迹时系统所有唯一的路径。当光线追迹完成时，我们可以对光线追迹的路径进行后期处理，来提取出与我们系统相关的路径。
然而，假设我们对于表征一个光学系统中的初级鬼像路径很感兴趣，或者我们的系统没有完全的开发或改进，来保证一个长的多阶次的杂散光分析。本文介绍了一个脚本，可以在一个导入的序列设计中对初级鬼像路径进行自动分析。我们首先来讨论合理地设置分析中导入的序列文件的过程，然后讨论脚本的运行以及执行分析的过程。
指定表面涂层性质
分析的要点是找出多少功率(以及功率的分布)到达了我们的焦平面，这是由在我们的透镜表面之间的镜面系列的现象产生的，这些都不是“设计”路径。举个例子，我们第一个透镜元件内的内部反弹可能会到达探测器，我们希望可以量化它的贡献。
为了产生鬼像路径，我们的透镜需要有涂层覆盖，这可以让入射能量的一些部分以反射和透射的方式传播。默认情况下，导入的透镜表面具有100%透射涂层，将没有任何鬼像产生。我们可以浏览透镜的每一个光学表面，然后给每个表面应用一个非理想的涂层模型，不过FRED确实提供了一个界面，使得这一过程变得不那么单调乏味。点击Menu > Edit > Edit/View Multiple Surfaces，该界面提供了一个技巧，可以非常简单的完成多表面性质赋予作业。
我们将使用该界面以默认的“Standard Coating”替换所有我们的透射表面，该“Standard Coating”允许96%的功率透射和4%的功率反射，默认的“Allow All”光线追迹控制允许光线在一个界面分成反射和透射两个组分。在按下您键盘上的“Ctrl”键的同时，选择表格中具有“Transmit”涂层的行。
现在我们已经选中了我们希望修改的行，使用对话框中的“Modify All Highlighted Spreadsheet Rows”区域，来替换我们想要的属性。在这种情况下，选择属性类型“Coating”下拉列表，从可用的属性下拉列表中选择“Standard Coating”，然后点击“Replace”按钮。
指定表面光线追迹控制性质
对于Raytrace Control重复这一过程，使用Allow All属性。
一旦您已经替换了选定表面的Coating和Raytrace Control，您可以点击OK按钮提交更改，返回到文件中，关闭Edit/View Multiple Surfaces对话框。
设置光源
结构属性现在将支持二阶鬼像在透镜元件内产生，现在我们应该设置我们的光源。注意到按照您的设计文件的规格，FRED创建了多个视场光源，但是我们将在轴上视场执行我们的分析。展开您的光源文件夹，选择树形文件夹中的视场光源1-5，点击鼠标右键，切换为“Make All NOT Traceable”选项，将这些光源关闭。
当追迹不相干的光源时，一个非常好的办法是移除 “网格化”的光源。在Field Position 0光源上双击，打开它的对话框，然后移动到Positions/Directions标签上。注意到Ray Positions设置为“Grid Plane”。
使用非相干光源时，具有网格位置和方向规格会导致计算出的能量分布(光源网格与分析网格重叠)产生混叠效应。为了去除这种现象发生的可能性，我们改变了光线位置类型，从Grid Plane 到Random Plane，同时保持相同的孔径大小和形状。
当您根据上面的描述已经改变了您的光源光线位置规格后，点击OK接受这些变化，关闭对话框。
增加一个分析面
尽管我们的焦平面已经有了一个表面，我们需要添加一个Analysis Surface到它上面来计算辐射照度分布。首先，我们确定焦平面的孔径大小大约为2.5mm。接下来，右键点击我们的Analysis Surface(s)文件夹，选择“New Analysis Surface”。现在，便可以指定名称、分析区域的大小、网格中划分的数目。当分析面创建好了后，我们将它放到对应的位置。
当完成了上述的规格后，点击OK按钮，创建新的分析面。通过展开Analysis Surface(s)文件夹和我们的几何树形结构(那样我们就可以看到“Surf 8”)，我们可以将这一分析面分配到我们的探测器，然后拖拽DetectorAnalysis节点放到Surf 8上。
修改默认序列路径
我们不久将会看到的，我们脚本分析的基础是透镜设计的默认序列路径，这是在导入文件中自动创建的。为了看到序列路径，我们可以前往Menu > Raytrace > User-defined Ray Paths。在“Selected Path”下拉列表里，选择“DefaultSequential”来显示路径列表。尽管FRED自身的光线追迹模式是非序列的，可以指示它执行序列光线追迹(即交叉事件的一个明确有序的列表)，默认序列光线追迹路径(如下所示)指示FRED来执行这一确切序列的交叉事件。
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