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光学设计技术基础教程:Zemax与SPEOS光源文件格式

2023-02-08 09:32
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1、简介

对于常用的光源文件,有些光源如.IES文件,可以在SPEOS和Zemax中直接载入和读取。然而IES源文件只包含角数据,只有当光学系统位于光源远场时才适用。如果我们想要在光源文件中包含位置数据,则对应的光源文件格式在SPEOS和Zemax中是不同的。在SPEOS中,对应文件为.RAY文件;而在Zemax中,有两种对应文件格式,分别是.DAT(单色)和.SDF(多色)文件。下面分别介绍一下Zemax与SPEOS使用的光源文件格式。

2SPEOS以及ZEMAX光源文件格式

Zemax和SPEOS的光源文件格式不同,下面我们分别介绍一下对应的文件格式:

.RAY、.SDF和.DAT的文件格式都是以二进制形式定义的。二进制光源文件包含一个数据头结构,然后是每条光线的数据。SPEOS和Zemax光源文件包含不同的数据标题信息,光线数据也将按照不同的顺序定义。

2.1、SPEOS光源文件格式

SPEOS光源文件数据标题结构包含28字节,即7个双精度数值,分别表示如下内容:

1:辐射功率

2、3、4、5、6:定义光线文件的版本

7:光度学功率

在文件数据标题之后定义了每条光线的数据,每条光线将包含8个双精度数据:X、Y、Z、L、M、N、Wavelength、Energy

其中X、Y、Z代表光线的位置,L、M、N代表光线的方向,Wavelength代表光线的波长,Energy代表光线的能量,以Watts为单位。

2.2、Zemax光源文件格式

Zemax光源文件的格式在Zemax帮助手册中有详细描述,Zemax二进制光源文件具有208字节,包含的标题结构格式如下:

int Identifier; // Format version ID, current value is 1010

unsigned int NbrRays; // The number of rays in the file

char Description[100]; // A text description of the source

float SourceFlux; // The total flux in watts of this source

float RaySetFlux; // The flux in watts represented by this Ray Set

float Wavelength; // The wavelength in micrometers, 0 if a composite

float InclinationBeg, InclinationEnd; // Angular range for ray set (Degrees)

float AzimuthBeg, AzimuthEnd; // Angular range for ray set (Degrees)

long DimensionUnits; // METERS=0, IN=1, CM=2, FEET=3, MM=4

float LocX, LocY,LocZ; // Coordinate Translation of the source

float RotX,RotY,RotZ; // Source rotation (Radians)

float ScaleX, ScaleY, ScaleZ; // Currently unused

float unused1, unused2, unused3, unused4;

int ray_format_type, flux_type;

int reserved1, reserved2;

其中ray_format_type必须为0(仅光通量格式)或2(光谱颜色格式),不支持其他格式类型。当ray_format_type为0时,则flux_type为0表示瓦,为1表示流明;对于光谱颜色格式,光通量必须以瓦为单位,波长必须以微米为单位。

在数据标题之后定义光线结构,光线结构格式取决于光线格式类型。对于仅通量格式的单色光源,光线结构为:

float x, y, z;

float l, m, n;

float flux;

其中X、Y、Z表示光线位置,L、M、N表示光线方向,这与SPEOS光线数据中的相同,而Zemax光源文件中的光通量等效于SPEOS中的能量数据。

对于光谱颜色格式的复色光源,光线结构为:

float x, y, z;

float l, m, n;

float flux, wavelength;

请注意,使用光谱颜色格式时,无论怎样定义系统波长,OpticStudio将始终以文件中定义的波长追迹光线。

2.3、SPEOS与Zemax光谱文件格式

有时我们可以找到与光源文件一起提供的光谱文件,所以我们添加了这一部分,以便光谱文件可以得到转换和应用。

两个软件的光谱文件都是以文本格式定义的,SPEOS中光谱文件的扩展名是*.spectrum,其中包含以下信息:数据标题、名称、波长总数和它们的权重、具体波长和权重。

092405hjpo8jpgjjapujqk.png


Zemax光谱文件以扩展名*.SPCD为结尾,并且放置在\Sources\

Spectrum文件夹中,该文件用于描述光源颜色模拟的用户自定义光谱,文件格式为以下形式的成对数据:

# comment

wavelength1 weight1

wavelength2 weight2

etc...

其中波长数据以μm为单位,并且要以升序的形式排列,权重则表示为相对功率单位的无量纲形式,需要注意的是定义的波长数据最少为3对,最多为200对。

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