即使是從未接觸過光學(xué)相關(guān)知識的人員，基于TracePro的超短的學(xué)習(xí)周期，亦可在很短的時間內(nèi)完成整個光學(xué)設(shè)計的流程。本文將以單透鏡為例，展示在TracePro中的光學(xué)設(shè)計流程。無論光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度如何，基礎(chǔ)的操作和軟件邏輯都是一樣的，借此給大家梳理光學(xué)設(shè)計的思路。

        拋開繁多的光學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)知識，在軟件操作層面，使用者只需明白光學(xué)設(shè)計目標(biāo)即可。常見的光學(xué)目標(biāo)主要有：照度、光強(qiáng)、亮度、均勻度、色度等。拋開光學(xué)知識，光學(xué)設(shè)計的本質(zhì)是對光源輻射能量的再分布，因此從能量守恒的角度來理解光學(xué)設(shè)計會更容易。照度、光強(qiáng)等概念也是能量分布的體現(xiàn)方式。

        回到TracePro來講，我們稱之為光學(xué)設(shè)計三要素。即：光源、光學(xué)結(jié)構(gòu)、接收器。通過參數(shù)化來定義各個要素的屬性即可實現(xiàn)光學(xué)仿真，調(diào)節(jié)各個參數(shù)來實現(xiàn)目標(biāo)的的過程則稱之為光學(xué)設(shè)計。

        現(xiàn)在我們開始光學(xué)設(shè)計第一步-定義光源。對于單透鏡，假如我們關(guān)注的是焦距，那么我們自然會選擇一束平行光來進(jìn)行仿真，那么基于上篇文章的內(nèi)容，我們選擇格點光源來設(shè)置光源。參數(shù)如下：

        對于格點光源，我們可以設(shè)置多種出光方式，可自定義格點形狀、光線數(shù)目、光束角、波長等信息。本例參數(shù)見下圖：

        設(shè)置好了光源，接下來是第二步，設(shè)計光學(xué)模型-即透鏡。

        打開插入透鏡，輸入透鏡孔徑、曲率、厚度、位置、透鏡材質(zhì)等參數(shù)，點擊插入，即可生成一個透鏡。流程見下圖。

        生成的結(jié)果如下圖，亦可通過視圖工具，顯示線框等狀態(tài)。

        在生成透鏡的時候我們已經(jīng)選擇了材質(zhì)，因此此刻的透鏡是一個已經(jīng)賦予光學(xué)屬性的結(jié)構(gòu)，在確定光源，賦予結(jié)構(gòu)材質(zhì)后，接下來即為設(shè)置接收器。與其他光學(xué)設(shè)計軟件不同的是，TracePro的仿真默認(rèn)打開遠(yuǎn)場接收器，因此即使不設(shè)置任何接收器都可以進(jìn)行光線追跡。本例中我們?yōu)榱朔治鐾哥R的焦距即匯聚效果，我們有必要分析特定距離接受面的能量分布，即照度分布。因此我們需要設(shè)置一個接受面。在此我們只需插入一個實體面即可。參數(shù)如下：

        此刻已經(jīng)生成了一個接收面，但此時的接收面尚未添加任何材質(zhì)，加入接受面為全吸收，我們來演示這一過程：

        經(jīng)過這一系列操作，我們已經(jīng)設(shè)置完畢，可以開始光線追跡，點擊光線追跡即可：

        光線追跡結(jié)束后就可以開始分析的步驟，以照度分析為例：

        會彈出照度分析界面，接收器設(shè)置可以右擊打開照度圖分析選項。

        亦可進(jìn)行照度截面圖分析。勾選剖面圖示。

        左圖即為分析路徑，右圖即為在該路徑上的照度分布。

        光學(xué)仿真此刻已經(jīng)結(jié)束，針對結(jié)果的情況，如需進(jìn)行優(yōu)化，即可調(diào)整透鏡生成時的參數(shù)并重新生成透鏡，再次進(jìn)行光線追跡直到實現(xiàn)目標(biāo)結(jié)果。

        對于這樣一個極簡的光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)設(shè)計的變量亦有很多，透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)，透鏡的材質(zhì)，透鏡的位置等均為設(shè)計的變量。對于更為復(fù)雜的系統(tǒng)，則是到了考驗使用者經(jīng)驗的時候了，工具只是輔助進(jìn)行設(shè)計，光學(xué)設(shè)計的好壞更取決于使用者的水平。熟練掌握光學(xué)工具則為如虎添翼。

        快來一展你的光學(xué)設(shè)計天賦吧！