LightTools5(五)教学讲解课件.ppt

1、Lighttools（五）表面光学属性设置 光学元件表面的光学属性可以分为：1、平面光学模式；2、简单镜面模式；3、吸收模式；4、Grating模式；5、菲涅尔薄透镜模式；6、简单散射模式；7、高级散射模式；8、引用档案模式。零、分类 平面光学属性表示该平面内任意一点属性都相同，光线无论在区域中哪个部分入射都会产生完全相同的效果。又可以分为 1、透射/全反射；2、分裂光线；3、仅透射光线；4、仅反射光线；5、仅全反射光线。一、平面光学属性 软件模拟光线经过两种透明材料界面时，通过折射定律和空间关系计算出折射光线的方向，然后继续模拟折射光线的前进路径。当光线满足全反射条件时（从光密介质射入光疏介

2、质），软件也模拟光线经过全反射后的反射光路。该模式下如果入射光线有反射光线（反射光线能量比例不为零），对反射光线不做模拟计算。1、透射/全反射参数说明 Reflectance：反射光占据入射光能量比（在当前模式不会计算反射光路）；Transmittance：透射光所占入射光能量比；Abosrption：吸收能量。Preferrec Direction：默认光线传递方向。高级选项菲涅耳半波损失：光线从光疏介质射到光密介质时，反射光和入射光相位相差180。考虑菲涅耳半波损失添加薄膜（默认为1/4波长增透膜）偏振方向（默认线偏振光）2、分裂模式 模拟光线照射到表面时会分裂成反射光线和折射光线两束光线

3、，默认能量比例为50%：50%。如果某条光线能量比例为零，则不模拟计算该光线光路。Preferred Direction：选择模拟计算哪一条光线光路。为了提高模拟计算效率，当光线分裂时，只选择模拟计算其中一条光线光路。Dominant Direction Only:当入射光线在表面发生分裂时，能量被分配到反射和折射两条光线中，如果能量分布不均匀（非1:1），系统只模拟计算所含能量较高的一条光线。Probabilistic Ray Split:当入射光线在表面分裂时，根据能量的比例作为概率选择模拟计算反射还是折射光线光路。分裂选择 入射光线一共有十一条，在表面发生入射时，反射光线能量为40%，透

4、射光线能量60%，则反射光线概率为40/（40+60）=0.4。模拟计算反射光线条数约为11*0.44.4条。模拟折射光线条数约为11*0.66.6条。概率分布范例其中九条入射光线计算其反射光线，二条计算入射光线。其中五条入射光线计算其反射光线，；六条计算透射光线。3、仅透射/反射模式 仅透射模式：和第一种相同，当模拟光线入射平面时，根据折射定律计算模拟折射光线光路，不计算反射光线光路。当发生全反射时不计算反射光路，模拟计算终止。仅反射模式：当模拟光线入射平面时模拟计算反射光线光路，不计算透射时折射光线光路。无论能量是否为零。模拟光线入射时，如果满足发生全反射条件则模拟计算反射光线光路，否则停

5、止计算该光线光路，终止模拟。例：上下表面均为全反射模式，右边为折射模式，左边为全反射模式。光线在上下表面发生全反射，当光线到达左边时，不满足全反射条件，因此光线不会射出，自动停止。4、仅全反射模式二、简单散射模式 1、朗伯散射；2、高斯散射；3、余弦散射；入射光线表面法线反射方向散射光线能量分布1、朗伯散射 特征：散射光以平面法线方向为最强光线I0，其他方向的光线强度为I0cos。1、设置是透射朗伯散射还是反射朗伯散射。2、设置散射光线的能量比例。3、设置每条入射光线被散射成多少条光线。朗伯分布示意图反射和透射朗伯分布 P()：方向的光强；P0：反射方向的光强；2、高斯散射高斯散射参数能量分布

6、散射光线条数菲涅尔半波损失能量保护能量保护 除了朗伯散射以外，其他散射模式有可能出现下面的情况。红色阴影部分表示根据程序设置计算出来的散射光。这些散射光会出现在表面两侧，导致程序错误，所以需要打开“Force Energy Conservation”。能量保护作图 P()=P0cosN N越大，散射光线越集中于反射方向。N=0时为朗伯散射。3、余弦散射 1、线形光栅；2、环形光栅；3、多项式光栅。三、光栅模式（衍射）1、线形光栅参数选择是透射光栅还是反射光栅能量分布衍射级数：显示衍射光线的级数 光线被衍射光栅分开形成若干条平行条纹时，中间的条纹称为0级条纹，从中间向左右两边依次为-1/+1级条

7、纹，-2/+2级条纹，-3/+3级条纹，等等。用级数设置可以模拟计算该条纹所对应的衍射光线光路。其他衍射光线虽然存在，但系统不模拟计算其光路。所有衍射光线能量都相等，等于入射光线能量乘以透射/反射系数。衍射级数半边衍射光线两边衍射光线光栅几何形状光栅常数（周期），必须足够小才有比较明显的衍射效应。这个值越小，同一波长的光被分散的角度越大。光栅方向矢量。方向为从原点到点X（x，y，z）的方向。垂直入射的光被色散分布在和该方向平行的平面内（X和Z为零时，Y取任意正数值都只代表一个方向）。光栅常数0.01mm光栅常数0.002mm光栅方向矢量平行坐标轴光栅方向和Y轴平行，散射光扇面和Y轴平行（在YZ

8、平面内）。光栅方向和X轴平行，散射光扇面和X轴平行（在XZ平面内）。光栅方向和衍射光平面光栅方向为从原点（0,0,0）到点（3,3,0）的矢量方向。光线垂直入射（从当前视角看来只是一个点）。衍射光线分布扇面和光栅方向平行（当前视角看是一条直线）。2、环形光栅四、菲涅耳透镜 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。五、完全散射模式 为了提高计算效率，可以对散射平面指定一个圆/锥体，让所有的散射光线都指向该圆/锥体。该圆/锥体仅对散射平面有效。参考光源的照射方向球。目标圆 未使用Weighted模式时，模拟光线大部分使用重要样品做参考，这种运算方式的优点是一方面可以保证在能量较多的方向有较多的光线，一方面提高计算效率。使用Weighted模式时，每条光线单独计算，无论是振幅还是方向都单独按照散射模型进行计算，虽然提高模拟准确性，但降低运算速度。六、Weighted表面光学性质与颜色完附录菲涅耳半波损失返回1/4增透膜返回