Home Esempi Immagini dello schermo Manuale utente Logo di Bluesky YouTube ☰
OghmaNano Piattaforma di simulazione multifisica per dispositivi optoelettronici e sistemi fotonici SCARICA Guida rapida per iniziare.

Introduzione al ray tracing 3DIntroduzione al ray tracing 3D

I modelli di ray tracing simulano la luce come raggi che si propagano nello spazio tridimensionale. Sono ideali per dispositivi con geometrie non planari o microstrutturate (ad esempio, array di microlenti, substrati strutturati, elementi per l’estrazione della luce), nei quali le ipotesi di ottica ondulatoria applicate a film sottili non sono più valide.I modelli di ray tracing simulano la luce come raggi che si propagano nello spazio tridimensionale. Sono ideali per dispositivi con geometrie non planari o microstrutturate (ad esempio, array di microlenti, substrati strutturati, elementi per l’estrazione della luce), nei quali le ipotesi di ottica ondulatoria applicate a film sottili non sono più valide.

Dove viene utilizzato nel manuale: per la configurazione pratica di un sistema ottico (definizione delle sorgenti, posizionamento dei rivelatori, esecuzione di simulazioni di tracciamento dei raggi e lettura dei risultati), consultare Sistemi ottici e tracciamento dei raggi. Per informazioni su come vengono registrati i raggi e trasformati in immagini o curve di efficienza, consultare Rivelatori ottici.Dove viene utilizzato nel manuale: per la configurazione pratica di un sistema ottico (definizione delle sorgenti, posizionamento dei rivelatori, esecuzione di simulazioni di tracciamento dei raggi e lettura dei risultati), consultare Sistemi ottici e tracciamento dei raggi. Per informazioni su come vengono registrati i raggi e trasformati in immagini o curve di efficienza, consultare Rivelatori ottici.

Un raggio è definito da un punto \(\mathbf{r}_0\) e da una direzione unitaria \(\hat{\mathbf{d}}\):Un raggio è definito da un punto \(\mathbf{r}_0\) e da una direzione unitaria \(\hat{\mathbf{d}}\):

\[ \mathbf{r}(t) = \mathbf{r}_0 + t\,\hat{\mathbf{d}}, \qquad t \ge 0 . \]

Quando un raggio colpisce una superficie con vettore normale unitario \(\hat{\mathbf{n}}\), la direzione della riflessione perfettamente speculare è:Quando un raggio colpisce una superficie con vettore normale unitario \(\hat{\mathbf{n}}\), la direzione della riflessione perfettamente speculare è:

\[ \hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{ref}} = \hat{\mathbf{d}} - 2\,(\hat{\mathbf{d}}\!\cdot\!\hat{\mathbf{n}})\,\hat{\mathbf{n}} . \]

Legge di Snell in 3D (forma vettoriale)Legge di Snell in 3D (forma vettoriale)

Siano \(n_1\) e \(n_2\) rispettivamente gli indici di rifrazione del mezzo da cui proviene la luce e del mezzo in cui la luce si propaga. Definiamo \(\eta = \dfrac{n_1}{n_2}\) e \(c = -\,\hat{\mathbf{n}}\!\cdot\!\hat{\mathbf{d}}\) (il coseno dell’angolo di incidenza, adottando la convenzione secondo cui \(\hat{\mathbf{n}}\) punta verso il mezzo 1). Quindi, la direzione unitaria della luce rifratta (o trasmessa) \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{refr}}\) è:Siano \(n_1\) e \(n_2\) rispettivamente gli indici di rifrazione del mezzo da cui proviene la luce e del mezzo in cui la luce si propaga. Definiamo \(\eta = \dfrac{n_1}{n_2}\) e \(c = -\,\hat{\mathbf{n}}\!\cdot\!\hat{\mathbf{d}}\) (il coseno dell’angolo di incidenza, adottando la convenzione secondo cui \(\hat{\mathbf{n}}\) punta verso il mezzo 1). Quindi, la direzione unitaria della luce rifratta (o trasmessa) \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{refr}}\) è:

\[ \hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{refr}} \;=\; \eta\,\hat{\mathbf{d}} \;+\; \bigl(\eta\,c \;-\; \sqrt{\,1 - \eta^{2}\,\bigl(1-c^{2}\bigr)}\,\bigr)\,\hat{\mathbf{n}} . \]

L’argomento della radice quadrata applica la legge di Snell, \(n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2\), e ne fa rispettare il vincolo fisico.L’argomento della radice quadrata applica la legge di Snell, \(n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2\), e ne fa rispettare il vincolo fisico.

\[ 1 - \eta^{2}\,\bigl(1-c^{2}\bigr) \;<\; 0, \]

in tal caso, non esiste una soluzione reale e il raggio subisce una riflessione interna totale; in questa situazione, utilizzare la formula \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{ref}}\) indicata in precedenza.in tal caso, non esiste una soluzione reale e il raggio subisce una riflessione interna totale; in questa situazione, utilizzare la formula \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{ref}}\) indicata in precedenza.

Distribuzione dell’energia (opzionale)Distribuzione dell’energia (opzionale)

Per ripartire l’energia tra la riflessione e la trasmissione, utilizzare i coefficienti di Fresnel (media per luce non polarizzata):Per ripartire l’energia tra la riflessione e la trasmissione, utilizzare i coefficienti di Fresnel (media per luce non polarizzata):

\[ R \;=\; \tfrac{1}{2}\!\left( \left|\frac{n_2 c - n_1 c'}{n_2 c + n_1 c'}\right|^{2} \;+\; \left|\frac{n_1 c - n_2 c'}{n_1 c + n_2 c'}\right|^{2} \right),\qquad T = 1 - R, \]

dove \(c' = \sqrt{\,1 - \eta^{2}\,(1-c^{2})\,}\) è uguale a \(\cos\theta_2\). Nei materiali assorbenti, utilizzare indici di rifrazione complessi \(n = n' + i\kappa\).dove \(c' = \sqrt{\,1 - \eta^{2}\,(1-c^{2})\,}\) è uguale a \(\cos\theta_2\). Nei materiali assorbenti, utilizzare indici di rifrazione complessi \(n = n' + i\kappa\).

Passaggio successivo (esempio pratico): se si desidera visualizzare graficamente la capacità di elaborazione, il fenomeno del clipping e l’efficienza in funzione della lunghezza d’onda di una lente multi-elemento reale, andare a Cooke Triplet (Parte A). Se si desidera una rapida panoramica dei risultati e dei comandi relativi al tracciamento dei raggi, iniziare con la dimostrazione della teiera.Passaggio successivo (esempio pratico): se si desidera visualizzare graficamente la capacità di elaborazione, il fenomeno del clipping e l’efficienza in funzione della lunghezza d’onda di una lente multi-elemento reale, andare a Cooke Triplet (Parte A). Se si desidera una rapida panoramica dei risultati e dei comandi relativi al tracciamento dei raggi, iniziare con la dimostrazione della teiera.

Usi comuniUsi comuni

Tutorial e strumenti correlati: Sorgenti luminose, Rivelatori ottici, Editor del piano S e Sistemi ottici e tracciamento dei raggi.Tutorial e strumenti correlati: Sorgenti luminose, Rivelatori ottici, Editor del piano S e Sistemi ottici e tracciamento dei raggi.