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運(yùn)用智能光線進(jìn)行物理光學(xué)建模 BY??X=
NU!B|l Frank Wyrowski and Christian Hellmann @]B
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oOHr~< 光線光學(xué)早在2000年以前就已經(jīng)建立了光學(xué)建模和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。而在最近的數(shù)十年中，光線追跡軟件的出現(xiàn)為我們帶來(lái)了解決光學(xué)和光子學(xué)問(wèn)題的強(qiáng)大的光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)。然而，隨著高級(jí)光源的開發(fā)和應(yīng)用，微納結(jié)構(gòu)加工工藝的成熟以及各種應(yīng)用和光學(xué)相關(guān)功能的增強(qiáng)，光線光學(xué)的限制變得越來(lái)越明顯。因此，基于物理光學(xué)的光學(xué)建模技術(shù)變得必不可少，其也是未來(lái)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)中順理成章的一步。這就要求我們將光線追跡推廣并將其與衍射建模技術(shù)聯(lián)合起來(lái)。 }B2qtb3 G:{\-R' 在光線光學(xué)中，我們使用源于光源的光線來(lái)描述光。數(shù)學(xué)上，光線由位置和方向矢量來(lái)表示。光線傳播通過(guò)介質(zhì)，其光學(xué)“阻抗”通過(guò)折射率來(lái)描述。應(yīng)用此概念，通過(guò)改變光線在空間的方向和位置矢量以此來(lái)表述光的傳播。光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，不同介質(zhì)間界面的折反定律和漸變折射率介質(zhì)中的光線方程，所有這些光線光學(xué)的基本定律都可以從費(fèi)馬定律中得出。簡(jiǎn)而言之，即光線沿所需最少時(shí)間的路徑傳播�；谫M(fèi)馬原理的光學(xué)建模構(gòu)建了光線光學(xué)，從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，由于光線模型是一個(gè)幾何概念，因此費(fèi)馬原理同樣適用于幾何光學(xué)。
WfkP *]* D^' 光線追跡軟件為我們提供了用以光線光學(xué)建模的數(shù)值工具。通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的3D光路是一個(gè)典型的通過(guò)光線光學(xué)研究方法獲得的物理量。通過(guò)它，我們可以進(jìn)一步得出任意平面和表面處的點(diǎn)列圖，方向圖以及光程（Fig.1）。這為我們提供了特別是進(jìn)行透鏡系統(tǒng)分析和優(yōu)化所需的所有基本信息，其在光線追跡中大受歡迎。 K"9V8x3Wg 光線追跡法同樣可應(yīng)用于非成像光學(xué)。從而，我們需要考慮“能量相關(guān)的”物理量。如，輻照度。從光線光學(xué)來(lái)講，這種局部的能量物理量是與光線的密度和方向相關(guān)的。 " 6 o5x&H
o'p[G]NQ1o Fig.1通過(guò)一個(gè)透鏡系統(tǒng)的光路。在同樣的系統(tǒng)中[4]可以看到電場(chǎng)分量。 RTv
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