FRED 应用：光束足迹分析

cherryjhy · 发表于 2023-1-3 17:46:23

简介

当一个分析请求执行时，重要的是记住在FRED中的分析面只是在光线追迹结束后的后处理(过滤)光线。在光线追迹的过程中，它们不收集光线信息，无论光线的轨迹是否穿过分析网格。那么问题来了，“如何分析在光线追迹的过程中光线穿过光学空间的光场？”

一种选择是使用FRED探测器实体(Detector Entity)结构。探测器实体与分析面类似，不过它们可以放在任何光学空间，而且可以在光线追迹的过程中动态地收集光线信息(即光线穿过它们的收集网格)。目前，探测器实体对于相干或偏振光不起作用，只可以执行辐照度、照度和彩色图像的分析。

尽管FRED没有一个内置的“光束足迹分析”程序，但我们将在FRED中使用探测器实体结构来实现类似的功能。

设置计算

文章使用如下图像所示的光学系统。我们的目的是分析沿着如下所示的光路多个平面的处的光束足迹。

为了捕捉在光线追迹中光线透过每个我们感兴趣平面的足迹，我们将会使用FRED中的探测器实体结构。探测器实体是一种分析节点的类型，它可以在光线追迹中与光线相互作用，可以定义多种多样的形状。光线相互作用，与光线滤光(一个后追迹过程)截然相反，使探测器实体能够在任何光学空间任何时间动态地收集数据。探测器实体本身能收集三个不同时间的数据：在光线追迹中(即，使用在追迹中任何时刻与探测器实体相交的光线)，刚好在光线追迹后(即，“终止”在探测器实体上的光线)，或者根据请求(即，请求时“在”探测器实体上的光线)。在一个具有和探测器实体相同名字的分析结果节点中，对于每个探测器实体来说，光线面元的结果对用户来说是可获得的。记住，因为探测器实体在光线追迹中时是交叉的，您不应该放置一个探测器实体与结构中的其他表面重合。不遵守这个规则可能会导致不一致的结果，这归因于与交叉重合的对象相联系的歧义性。

与该文档对应的示例文件有5个平面探测器实体，位于系统中我们感兴趣的平面上。这些探测器实体位于对象树的分析面文件夹中，如下图所示。

让我们来看看对于“光源平面”探测器实体详细的控制。对于该探测器实体，平面X和Y尺寸范围明确的限制为+-3，网格沿着A和B轴(X和Y)的分辨率设置为201，沿着整个宽度。正在做的计算是辐照度，用于分析的数据正在“追迹中”被收集。尽管对于我们的例子来说这并不重要，探测器实体可以收集横跨表面任何一个方向的光线数据。最后，探测器实体不吸收光线。

尽管探测器实体结构不允许执行一个位置点图分析(这是您会经常在光束足迹分析中看到的)，我们可以通过将轴分辨率设置的很高，从辐照度分布中得到相同类型的数据。在本例中，对于我们的探测器实体，我们选择了201*201。此外，重要的是我们的探测器实体正在“追迹中”收集信息。毕竟，我们想知道当光线穿过我们感兴趣的平面的光束足迹。最后，对于所有探测器实体，除了最后一个，我们希望光线能够不带任何光学效应的穿透过平面。为了获得这个，我们设置了探测器实体，这样它就不会吸收光线。最后一个探测器实体，无论如何，应该吸收光线，因为在我们的系统中，它更像一个物理探测器在起作用。

同样要注意的是，探测器实体平面的位置将会与结构的另一片重合(例如我们透镜的顶点)，为了避免重合，我们需要将探测器实体相对于表面进行一些微小的偏移。

执行计算

随着探测器实体根据前面部分的描述配置完毕，在光线追迹中，光束足迹的计算会自动的执行。一旦光线追迹完成了，每个探测器实体将会生成一个分析结果节点(Analysis Results Node)，位于对象树的分析结果文件夹中。

如果您在模型中没有看到所有的ARNs，请检查系统“Number of ARNs to

retain (-1 = keep all)” 要保持的ARNs数目(-1=保持所有)”喜好设置。

通过在每个ARN节点上点击鼠标右键，您就可以选择“显示在图表”选项，以查看计算结果。从这里，图表窗口提供了用于显示统计数据和修改数据的选项，这和任何其他的标准FRED图表是一样的。

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