1、非序列光線追跡非序列光線追跡是 ZemaxZemax 中的核心技術。它是用于在具有多個光學路徑的系統中對光線進行追跡的一種強大通用技術。典型用例包括：1 1 .照明系統，尤其是具有多個或復雜光源的照明系統2 2 . .干涉儀這類系統，其中穿過幾個不同光學系統的光線必須以相干方式重組3 3 . .其他序列光學系統中的雜散光分析非序列范式是任何光線都沒有預定義路徑。光線射出并投射到光路中的任意物體上，隨后可能反射、折射、衍射、散射、分裂為子光線等。與序列光線追跡相比,這是一項更為通用的技術，因此在光線追跡速度方面要慢一些。在非序列元件編輯器中提供了物體列表。此列表中的物體順序沒有意義（對此有幾個例

2、外情況：有關詳細信息，請參見幾何形狀創建一節）。光線從光源物體開始傳播，直至投射到某個物體上，在該點可能會部分反射、透射、散射或衍射：1:NSC3DLayout-叵I區UpdateSettingsPrintWindowcJ.ZoomNon-SequentialComponentEditorPolyObjectPRISM45.POBEditSolvesErrorsDetectorsDatabaseToolsViewHelpRefObjectSourceEllipsePclyObjectPRISM45.POBObjectTypeComment在此例中，大約 1%1%的能量被涂有 MgEMgE 的

3、N-BK7N-BK7 棱鏡面反射，大約 50%50%的能量被兩個棱鏡相接觸的直角斜邊面上的膜層反射/透射。系統會發起新光線（稱為“子”光線）以帶走這部分能量，從而生成能量在系統中的去向的完整視圖。物體ZemaxZemax 中的非序列光線追跡以三維物體為基礎。（注意：要求所有程序均支持非序列光線追跡是不現實的。）在 ZemaxZemax 中，非序列物體完全由定義該物體所需的所有表面組成。例如，標準透鏡物體由正面和背面、連接兩面的柱體和邊緣上的斜面組成。多數 ZemaxZemax 物體均實現了參數化，這表示這些表面通過下列等式進行了定義。因此，創建和修改很方便，而且僅占用非常少的內存空間。止匕外，

4、還可以進行優化并確定公差。有些 ZemaxZemax 物體未實現參數化，如 CADCAD 物體。這些物體只是作為數據文件存在。由于 ZemaxZemax 將所有物體均視為三維體，而不是表面集合，所以很容易進行光線追跡和管理大型 CADCAD 文件。基于表面的代碼可能需要成千上萬個表面來表示復雜的 CADCAD 物體：在 ZemaxZemax 中，它就是一個物體。但是，不同的表面材料和膜層可應用到一個物體的任何表面，不論使用多少 CADCAD 實體來予以表示。ZemaxZemax 支持 8080 多種物體，包括透鏡、非球面透鏡、棱鏡、全息圖、ZernikeZernike 物體、衍射光柵等。支持物

5、體的完整列表如下所示。止匕外，還有一系列“運算符”物體，可以從現有物體生成復雜的幾何圖形。例如，您可以對本地 ZemaxZemax 物體執行布爾運算，形成任意物體數組，掃掠任意軸周圍的現有物體以新建物體。何形狀創建部分對此有詳盡說明。而且，還可以為不存在適當物體或不能從可用工具創建適當物體的特殊情況創建自己的物體類型。將物體輸入非序列元件編輯器中。物體可相對于全局坐標框架或任何其它物體放置。這樣就可以輕松定義子組件。物體可以重新定義為參考物體的任何其它物體框架，在定義位置提供全面的靈活性。編輯器也可用于為物體提供參數化數據。例如，如果使用透鏡物體，則每個表面的曲率半徑、厚度和光學材料就需要在編

6、輯器中進行定義。通過電子表格函數（稱為解）可以“選取”參數數據，以便鎖定屬性。例如，在雙膠合透鏡中，第二個透鏡的第一個曲率半徑必須等于第一個透鏡的最后一個曲率半徑。跟隨解則簡化了這一操作。還可以輕松實施更多復雜的解，從而可在電子表格編輯器中直接執行計算。（請參見知識庫文章“如何創建用戶定義的解”,了解詳細信息）。創建和定位物體后，即可通過“物體屬性”對話框設置詳細屬性。可以應用光學薄膜和表面散射函數，以及本體散射、梯度折射率、衍射屬性等。一般而言，數據會得到控制，而“屬性”對話框不會經常改變，通過電子表格編輯器可以輸入更多的“定義”數據。幾何形狀創建有時，需要利用提供的物體創建更復雜的物體。例

7、如，您可能需要在一個物體中放置另一個物體。在這種情況下，規則很簡單：必須首先在非序列組件編輯器中定義外層物體。無論何時兩個或更多物體共享一個體積或邊界，始終需要通過列出的最后一個物體定義共享區域的屬性。但是，通過使用“運算符”物體甚至可以創建更多復雜的物體：1,1,布爾物體2 2 . .數組物體3 3 . .掃掠物體4,4,光源物體這些物體采用之前定義的物體并加以操作。在這個簡單的透鏡底座中，布爾物體在之前定義的物體上執行布爾運算：2:NSCShadedModel|二|回區|UpdateSettingsPrintWindowZoomSpinIfl|數組物體可以針對任何之前定義的物體形成數組。在

8、接下來的示例中，我們通過非球面透鏡與六角棒進行布爾交叉，形成一個具有六角外形的非球面透鏡，然后使用數組物體制作一個 30 x3030 x30 數組透鏡：相比一個物體而言，數組幾乎不會占用更多內存，而光線追跡則比利用多個獨立物體定義數組快的多。掃掠物體可以利用之前定義的物體與平面進行交叉，形成物體與該平面的橫截面。然后，橫截面可以沿任意點旋轉，新建一個“掃掠”物體。在本例中，通過掃掠標準透鏡物體形成環形透鏡：最后，任何物體都可以制作成光源。在此紅外系統中，藍色和綠色光線表示真實的“信號”，并在探測器上成像：第二個紅色透鏡也會因熱輻射而在紅外系統中發光。使用光源物體，可以輕松將透鏡物體轉變為光源。

9、這些光線以紅色表示。頂端的紅色光線將被光機一體底座輕而易舉地阻斷，但是請記住，這些光線也有溫度，也會發光。（注意：使用光源物體，也可以將 CADCAD 物體轉變為光源）。底端的紅色光線在光學系統內經多次反射后，重新在探測器上直接成像。僅僅通過屏蔽無法消除這種“水仙”信號，需要仔細的光學設計。只有 ZemaxZemax 能夠提供在相同軟件包中管理兩種雜散光的工具。光源模型光源物體表示光源。ZemaxZemax 有許多光源，包括燈絲光源、二極管光源和朗伯光源。多數光源已實現參數化，所以可以根據您的具體要求進行定制，甚至經過優化，可以查找給定應用的理想光源。止匕外，使用光源物體，可以輕松將任何物體轉

10、變為光源。這是自發光體的理想選擇，如紅外區內的機械元件熱輻射。如需最準確的輻射度或光度評估，最好測量光源數據。ZemaxZemax 支持光度數據、RadiantRadiant 光源數據文件和 OpsiraOpsira 數據文件的 IESIES 標準。探測器物體探測器物體探測光線照射在空間和角度的分布。數據以實際輻射度和光度單位提供，包括瓦特、流明、勒克司、厘米燭光、英尺燭光等。例如，LEDLED 對平面探測器進行照明：最常用的探測器類型是“矩形探測器”，探測矩形表面上的相干或非相干照明。體探測器可以用來測量體對象內的吸收能量。許多物體也可以用作探測器。探測器可以設置成對照射在物體上的光線的吸收

11、。 在本例中， 第一個探測器位于聚光器的膜面上 （因此，顯示出均勻的發光強度分布）。該探測器設置成不干擾通過的光線。第二個探測器（顯示出光源物體的圖像）設置成終止光線追跡。可以將探測器數據讀入評價函數進行優化，如探測查看器所示，或者復制出ZemaxZemax 以其它代碼（如 ExcelExcel 或 MATLABMATLAB? ?進行分析。分光當光線從一種折射率的介質傳播到另一種折射率的介質時，由于光線在兩種介質中的速度不同，就會發生部分折射。這意味著部分能量會被傳播，部分能量會被反射。另外，某些能量會丟失（吸收） ，尤其是界面上有金屬膜層時。有時，部分反射稱為菲涅爾反射。ZemaxZemax

12、 擁有從裸露和覆膜表面（包括復雜的多層膜層）發生菲涅爾反射的復雜模型。請參見偏振和光學薄膜章節,了解詳細信息。當光線與物體表面交叉時，ZemaxZemax 會計算界面傳播、反射和吸收的能量比例。然后，利用正確的相對能量將光線分裂為兩部分：反射的光線和傳播的光線。卜面是分光鏡示例:在本例中，大約 1%1%的能量被涂有 MgEMgE 的 N-BK7N-BK7 棱鏡面反射，大約 50%50%的能量被兩個棱鏡相接觸的直角斜邊面上的膜層反射/透射。系統會發起新光線（稱為“子”光線）以帶走這部分能量，從而生成能量在系統中的去向的完整視圖。分光是在光學系統和許多照明系統中理解雜散光的一項關鍵技術。Zemax

13、Zemax 提供了全套分光建模。除了全面的模型，ZemaxZemax 還支持分光概率模型，成為簡單分裂。這一相對簡單的模型在類似增亮片這樣的照明系統中具有優勢。光線散射除了表面部分反射之外，光線還可能因表面的微觀粗糙現象而發生散射。ZemaxZemax支持從光學表面散射的許多詳細模型，包括朗伯（用于非常粗糙的高散射度表面）、高斯（通常用于針對良好拋光表面和 ABgABg 進行散射建模），主要用于輸入測量的散射函數。止匕外，還有一個強大的用戶定義散射函數功能、可以添加自己的散射分布函數。12:NSCShadedModel匚I方以|UpdateSettingsPrintWindowZoomSpin

14、在這種情況下，散射分布函數是一種 ABgABg 分布:3:ScatterFunctionViewer口|XTUETRN220B7Fl-100Q0BQE-303B=1sEOQOD0E-G=2-g斑TOTALSCATTER-9,eia2INCIDENTRhICLE=0.BOQDECREES：ZemaxZemax 可以靈活控制如何處理光線散射。您可以逐個物體地定義 ZemaxZemax 是否應決定散射光線，或者是否應始終啟動非散射光線和指定數量的散射光線。這是上述第一個屏幕快照中要完成的任務：輸入光線分裂為鏡面（非散射）光線以及從散射分布函數中隨機選擇的三條散射光線。能量在所有光線之間正確分布。 您

15、還可以利用其它控制功能， 定義散射光線只能沿著規定的軌跡移動，從而極大地降低建立適當信噪比所需的光線數量。在處理從機械 CADCAD 軟件包導入的物體時，區分 CADCAD 物體的不同區域往往非常重要。ZemaxZemax 可以將多個不同散射函數放在 CADCAD 物體的不同表面。在本例中，紅色表面是平滑的光質注塑塑料，銀色表面則具有火花侵蝕模具產生的粗糙、散射表ZEMRXSCRTTERMODELSREGH0S1MRGMITUDEDFSCRTTERVECTORSCATTERFUNCTIONVIEWERUpdateSettingsPrintWindlov巳Zoom面。ZemaxZemax 為您提

16、供了一個簡單的點擊界面，可以輕松地將不同散射函數應用于 CADCAD 物體的不同表面。除了從物體表面散射外，ZemaxZemax 還支持詳細的體積（或本體）散射模型，其中，光學材料中的內含物可造成散射。例如，這是對光學材料缺陷效果或生物組織散射的建模的理想選擇。fill:NSC3DLayout日回區UpdateSettingsPrintWindov-/Zoom光線追跡數據分析分析非序列系統中光線追跡結果的主要方法是使用探測器物體。當光線投射到探測器物體上時，光線的位置、角度、能量和光路長度都會存儲到系統中，以便通過探測查看器的分析功能生成下列分析。ZemaxZemax 可以生成輻射度和光度分析

17、。下表在括號中顯示光度折算值：1 1 . .非相干輻射照度（非相干照度）2 2 . .相干輻射照度（相干照度）3 3 . .相干相位4 4 . .輻射光強度（發光強度）5 5 . .位置空間輻射亮度（位置空間亮度）6 6 . .角度空間輻射亮度（角度空間亮度）止匕外，體探測器還提供：1 1 . .入射光通量2 2 . .吸收光通量3 3 . .吸收光通量/單位體積測量光通量的單位（輻射度或光度）。光線也可以保存到光線數據庫以供后續分析。靈活的濾光片可讓您定義光線必須滿足的標準（例如，顯示從物體 3 3 散射的所有光線，然后從物體 4040 反射，然后投射到探測器物體 1515 上）。這可以輕松生