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  • OpticStudio中的近轴光线追迹

    作者:Zemax China 来源:投稿 时间:2018-08-09 18:02 阅读:1020 [投稿]
    这篇文章介绍了OpticStudio中的近轴光线(Paraxial Rays)和傍轴光线(Parabasal Rays),并分析了两者在计算光线追迹时的区别

    概述

    这篇文章介绍了OpticStudio中的近轴光线(Paraxial Rays)和傍轴光线(Parabasal Rays),并分析了两者在计算光线追迹时的区别。本文示例文件请从以下链接下载:

    http://customers.zemax.com/support/knowledgebase/Knowledgebase-Attachments/Understanding-Paraxial-Ray-Tracing/paraxial.aspx

    什么是近轴光线

    在近轴光学中,光学追迹被限制在很小的入射角和入射高度下。这是为了使简化数学计算的前提假设成立,从而使光线追迹变得非常简单。

    首先第一个前提假设是关于Snell定律本身的。当光线在两种介质表面发生折射时,其折射角度符合Snell定律:


    其中n为介质的折射率,q为入射角,撇号表示不同介质中的参数。当入射角非常小时满足近似关系sin(q)=q,因此Snell定律可以简化为以下线性关系:


    这一简化在计算机普及之前大大减轻计算量。光学中的许多定义都是基于这一线性假设的,这类定义也称为一阶光学参数。然而随着入射角q逐渐增大,正弦函数的泰勒级数展开式:


    式中的三阶及更高阶非线性项带来的影响逐渐变大,变得无法近似忽略,因而折射引入了像差。因此,光学系统的近轴光学属性或者说一阶光学参数是不考虑像差的。

    第二个前提假设是,当光线在表面上的高度非常小时,我们可以近似忽略表面的曲率,并将表面假设为带有相同光焦度的平面。光学表面的光焦度为:


    其中c为表面的曲率半径,由于我们将曲面假设为平面,因此我们无需考虑光线与表面交点的实际位置。

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