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運用智能光線進行物理光學建模 B~ ?Q. <M
=Qq^=3@h Frank Wyrowski and Christian Hellmann eyp\h8!u_
[_B&7#3>7 光線光學早在2000年以前就已經建立了光學建模和設計的基礎。而在最近的數(shù)十年中，光線追跡軟件的出現(xiàn)為我們帶來了解決光學和光子學問題的強大的光學設計技術。然而，隨著高級光源的開發(fā)和應用，微納結構加工工藝的成熟以及各種應用和光學相關功能的增強，光線光學的限制變得越來越明顯。因此，基于物理光學的光學建模技術變得必不可少，其也是未來光學設計軟件開發(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聯(lián)合起來。 G~j<I /)" X Ow^"=Oa[ 在光線光學中，我們使用源于光源的光線來描述光。數(shù)學上，光線由位置和方向矢量來表示。光線傳播通過介質，其光學“阻抗”通過折射率來描述。應用此概念，通過改變光線在空間的方向和位置矢量以此來表述光的傳播。光在均勻介質中沿直線傳播，不同介質間界面的折反定律和漸變折射率介質中的光線方程，所有這些光線光學的基本定律都可以從費馬定律中得出。簡而言之，即光線沿所需最少時間的路徑傳播�；谫M馬原理的光學建模構建了光線光學，從數(shù)學的觀點出發(fā)，由于光線模型是一個幾何概念，因此費馬原理同樣適用于幾何光學。 Ol^EQ LO QE6-(/ 光線追跡軟件為我們提供了用以光線光學建模的數(shù)值工具。通過光學系統(tǒng)的3D光路是一個典型的通過光線光學研究方法獲得的物理量。通過它，我們可以進一步得出任意平面和表面處的點列圖，方向圖以及光程（Fig.1）。這為我們提供了特別是進行透鏡系統(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。 $CV'p/^En 光線追跡法同樣可應用于非成像光學。從而，我們需要考慮“能量相關的”物理量。如，輻照度。從光線光學來講，這種局部的能量物理量是與光線的密度和方向相關的。 UjK&`a ;V
LU=)\U@Q Fig.1通過一個透鏡系統(tǒng)的光路。在同樣的系統(tǒng)中[4]可以看到電場分量。 {:j!@w
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