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OghmaNano intègre un module de résolution avancé de tracé de rayons tridimensionnel pour la modélisation de systèmes optiques, de lentilles, d’ouvertures, de surfaces rugueuses, de microlentilles et d’assemblages optoélectroniques structurés. Le module de tracé de rayons est conçu pour résoudre des problèmes liés à l’optique d’imagerie, au filtrage optique, à la diffusion de surface, à l’extraction de lumière et à la conception optique géométrique. En combinant une géométrie tridimensionnelle explicite avec les propriétés des matériaux dépendant de la longueur d’onde, le module permet aux utilisateurs d’analyser la manière dont la lumière se propage à travers des composants optiques réalistes et des assemblages complets.
Le même modèle peut être appliqué à un large éventail de systèmes optiques, notamment : Objectifs Cooke à triple lentille, objectifs à focale fixe de grande longueur focale, visites guidées des fonctionnalités générales de ray tracing, réflexion sur des films à surface irrégulière, une approche plus légère et moins conventionnelle du cinéma.et démonstrations sur les microlentilles et le filtrage optiqueÉtant donné que le solveur travaille directement sur les rayons tracés à travers une géométrie tridimensionnelle complète, il est particulièrement utile pour étudier la focalisation, les aberrations, l’efficacité de la collecte, la réponse du détecteur et le comportement en fonction de la longueur d’onde dans les systèmes optiques trop complexes pour être étudiés à l’aide d’approximations paraxiales plus simples.
OghmaNano propose des outils spécifiques pour définir sources de lumière, en plaçant détecteurs optiqueset pour modifier les systèmes optiques basés sur des lentilles à l’aide de Éditeur de plans SDans la pratique, cela permet aux utilisateurs de passer d’une prescription de lentille compacte à une scène tridimensionnelle complète, de suivre le trajet des rayons en fonction de la longueur d’onde et d’analyser à la fois la géométrie et l’image résultante sur le plan du détecteur, le tout dans un seul processus.
Le solveur de lancer de rayons propage les rayons lumineux à travers une scène tridimensionnelle contenant des surfaces, des milieux homogènes, des ouvertures et des plans de détection. À chaque interface, le solveur applique la mise à jour géométrique appropriée afin que les rayons puissent être réfléchis, réfractés, transmis ou absorbés, en fonction des propriétés et de la géométrie locales du matériau. Dans sa forme la plus simple, la réfraction est régie par la loi de Snell.
\[ n_1 (\mathbf{k_i} \times \mathbf{n}) = n_2 (\mathbf{k_t} \times \mathbf{n}) \]
la réflexion et la transmission aux interfaces dépendent des indices de réfraction et de la géométrie locale de l’incidence. Dans les simulations optiques pratiques, cela signifie que la courbure des lentilles, l’espacement, la taille de l’ouverture et l’indice de réfraction, qui varie en fonction de la longueur d’onde, influencent directement l’image finale et le rendement du système.
Contrairement aux solveurs électromagnétiques à onde complète, le tracé de rayons est conçu pour les problèmes où la longueur d’onde optique est beaucoup plus petite que la géométrie caractéristique et où la lumière peut être représentée avec précision par des rayons dirigés. Cela rend la méthode particulièrement efficace pour les objectifs à plusieurs éléments, les systèmes optiques macroscopiques, les systèmes de microlentilles et les problèmes de diffusion ou d’extraction dans les surfaces structurées. De plus, cela fait du solveur un outil complémentaire idéal pour le reste de la chaîne d’outils optiques OghmaNano, où l’optique géométrique complète les méthodes basées sur les ondes, telles que la méthode FDTD et la modélisation par matrice de transfert.
Chaque simulation de lancer de rayons repose sur trois éléments essentiels : la source, le système optique et le détecteur. Dans OghmaNano, la source est configurée via le éditeur de sources lumineusesoù l’utilisateur peut définir la forme du faisceau, la longueur d’onde ou la plage spectrale, la distribution angulaire et les caractéristiques d’émission. Cela permet de modéliser tout, des faisceaux collimatés simples aux sources plus complexes, structurées ou à plusieurs longueurs d’onde.
Le système optique lui-même est conçu à l’aide de la géométrie tridimensionnelle et, pour les systèmes à base de lentilles, de l’éditeur de plan S S-plane editor. Le plan S offre une vue compacte de la conception de la lentille dans laquelle les rayons, les épaisseurs, les matériaux, les diamètres et l’espacement peuvent être modifiés directement, tout en restant liés au modèle optique tridimensionnel sous-jacent. Ceci est particulièrement utile pour les systèmes classiques à plusieurs éléments, tels que le triplet Cooke, et pour les analyses automatisées de paramètres dans l’espace de conception des lentilles.
Les détecteurs mesurent ensuite le résultat du système optique. Ils peuvent enregistrer l’intensité transmise, les images du plan du détecteur, l’efficacité en fonction de la longueur d’onde ou d’autres quantités optiques dérivées, en fonction de la configuration de la simulation. Ensemble, l’éditeur de source, l’éditeur du plan S et les outils de détection transforment le module de traçage de rayons en un environnement pratique pour la conception optique, la caractérisation optique et l’analyse des performances basée sur la géométrie.
L’un des atouts de l’environnement de calcul de trajectoires de rayons OghmaNano est qu’il ne se limite pas à des simulations manuelles uniques. Les systèmes optiques peuvent être étudiés de manière systématique à l’aide de… analyses automatisées de paramètres et analyse des indicateurs de performanceCela permet aux utilisateurs de modifier les rayons, les épaisseurs, l’espacement, les réglages d’ouverture ou d’autres paramètres géométriques pour une série de simulations, puis de comparer quantitativement les performances optiques obtenues.
Dans la pratique, cela rend le module de lancer de rayons utile non seulement pour visualiser les rayons, mais aussi pour effectuer de véritables travaux de conception optique. La taille du point, l’efficacité du détecteur, la qualité de l’image, les mesures de l’énergie contenue dans l’image et d’autres paramètres optiques pertinents peuvent tous être extraits et comparés dans différents espaces de paramètres. Les utilisateurs peuvent ainsi passer de visualisations intuitives à des processus d’optimisation des lentilles plus systématiques, sans avoir à changer d’environnement.
Cette approche, qui consiste à analyser et à optimiser, est particulièrement utile pour les systèmes à multiples éléments, où les performances dépendent de plusieurs variables de conception interdépendantes. Elle permet également d’utiliser le solveur comme une plateforme pratique pour les études de tolérance, l’exploration de l’espace de conception et la comparaison rapide de différentes configurations optiques.
Le solveur de lancer de rayons peut être utilisé pour résoudre un large éventail de problèmes optiques réels. En optique d’imagerie, il peut servir à modéliser objectifs à plusieurs éléments, ouvertures, plans focaux et images captées par le détecteur., tel que représenté par Figure ??, Figure ??et Figure ??Dans ces systèmes, le solveur peut être utilisé pour étudier les aberrations, la taille de l’ouverture, le comportement de la mise au point, la formation de l’image et le rendement en fonction de la longueur d’onde.
Le même modèle s’avère également utile pour l’étude de l’interaction de la lumière avec les films et les surfaces structurées, notamment en ce qui concerne la réflexion sur les films rugueux, la diffusion à partir des couches texturées et la collecte ou le filtrage améliorés par des microlentilles. Étant donné que la méthode s’applique directement à la géométrie tridimensionnelle, elle peut également être utilisée pour étudier des assemblages optiques plus complexes, où la trajectoire complète de la lumière à travers la structure est importante.
Grâce à sa capacité à gérer les balayages de longueurs d’onde, les signaux des détecteurs et les analyses automatisées, le solveur OghmaNano est parfaitement adapté tant aux simulations exploratoires rapides qu’aux processus de conception optique plus systématiques. Il est donc utile dans divers domaines, allant de la conception classique de lentilles à l’encapsulation optoélectronique et à l’optique de surfaces structurées.
OghmaNano propose un ensemble croissant d’exemples de ray tracing et de tutoriels détaillés. Ces ressources couvrent à la fois les bases des processus de conception de systèmes optiques et des applications plus avancées, notamment l’utilisation de balayages de paramètres, de critères de performance, de surfaces rugueuses et de structures de microlentilles. Elles sont conçues pour aider les utilisateurs à passer rapidement d’un modèle géométrique à une simulation optique fonctionnelle, puis à l’optimisation ou à l’analyse.
Parmi les points de départ utiles, on peut citer : introduction aux systèmes optiques et au tracé de rayons, le Guide d’utilisation de l’objectif Cooke à trois éléments., le Exemple d’objectif à focale fixe de 200 mm., le présentation des fonctionnalités de rendu par lancer de rayons, le tutoriel sur l’analyse automatisée des paramètres du plan Set processus d’évaluation des performancesPour les optiques à surface structurée, réflexion sur un film brut, fuite légèreet démonstration de microlentille montrer comment le même moteur de rendu par lancer de rayons peut être utilisé dans des contextes autres que les systèmes optiques classiques.
Essayez un exemple de lancer de rayons.
Commencez par introduction aux systèmes optiques et au tracé de rayonspuis passez à Triplet de Cooke, objectif de qualité supérieureou analyse automatisée des paramètres tutoriels.
Pour créer vos propres systèmes, commencez par sources de lumière, détecteurs optiqueset Éditeur de plans S.