光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)：Zemax與SPEOS光源文件格式

1、簡介

對于常用的光源文件，有些光源如.IES文件，可以在SPEOS和Zemax中直接載入和讀取。然而IES源文件只包含角數(shù)據(jù)，只有當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)位于光源遠(yuǎn)場時才適用。如果我們想要在光源文件中包含位置數(shù)據(jù)，則對應(yīng)的光源文件格式在SPEOS和Zemax中是不同的。在SPEOS中，對應(yīng)文件為.RAY文件；而在Zemax中，有兩種對應(yīng)文件格式，分別是.DAT（單色）和.SDF（多色）文件。下面分別介紹一下Zemax與SPEOS使用的光源文件格式。

2、SPEOS以及ZEMAX光源文件格式

Zemax和SPEOS的光源文件格式不同，下面我們分別介紹一下對應(yīng)的文件格式：

.RAY、.SDF和.DAT的文件格式都是以二進(jìn)制形式定義的。二進(jìn)制光源文件包含一個數(shù)據(jù)頭結(jié)構(gòu)，然后是每條光線的數(shù)據(jù)。SPEOS和Zemax光源文件包含不同的數(shù)據(jù)標(biāo)題信息，光線數(shù)據(jù)也將按照不同的順序定義。

2.1、SPEOS光源文件格式

SPEOS光源文件數(shù)據(jù)標(biāo)題結(jié)構(gòu)包含28字節(jié)，即7個雙精度數(shù)值，分別表示如下內(nèi)容：

1：輻射功率

2、3、4、5、6：定義光線文件的版本

7：光度學(xué)功率

在文件數(shù)據(jù)標(biāo)題之后定義了每條光線的數(shù)據(jù)，每條光線將包含8個雙精度數(shù)據(jù)：X、Y、Z、L、M、N、Wavelength、Energy

其中X、Y、Z代表光線的位置，L、M、N代表光線的方向，Wavelength代表光線的波長，Energy代表光線的能量，以Watts為單位。

2.2、Zemax光源文件格式

Zemax光源文件的格式在Zemax幫助手冊中有詳細(xì)描述，Zemax二進(jìn)制光源文件具有208字節(jié)，包含的標(biāo)題結(jié)構(gòu)格式如下：

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

unsigned int NbrRays; // The number of rays in thefile

char Description[100]; // A text description of thesource

float SourceFlux; // The total flux in watts of thissource

float RaySetFlux; // The flux in watts represented bythis Ray Set

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

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

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

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

float LocX, LocY,LocZ; // Coordinate Translation ofthe 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;

intreserved1, reserved2;

其中ray_format_type必須為0（僅光通量格式）或2（光譜顏色格式），不支持其他格式類型。當(dāng)ray_format_type為0時，則flux_type為0表示瓦，為1表示流明；對于光譜顏色格式，光通量必須以瓦為單位，波長必須以微米為單位。

在數(shù)據(jù)標(biāo)題之后定義光線結(jié)構(gòu)，光線結(jié)構(gòu)格式取決于光線格式類型。對于僅通量格式的單色光源，光線結(jié)構(gòu)為：

float x, y, z;

float l, m, n;

float flux;

其中X、Y、Z表示光線位置，L、M、N表示光線方向，這與SPEOS光線數(shù)據(jù)中的相同，而Zemax光源文件中的光通量等效于SPEOS中的能量數(shù)據(jù)。

對于光譜顏色格式的復(fù)色光源，光線結(jié)構(gòu)為：

float x, y, z;

float l, m, n;

float flux, wavelength;

請注意，使用光譜顏色格式時，無論怎樣定義系統(tǒng)波長，OpticStudio將始終以文件中定義的波長追跡光線。

2.3、SPEOS與Zemax光譜文件格式

有時我們可以找到與光源文件一起提供的光譜文件，所以我們添加了這一部分，以便光譜文件可以得到轉(zhuǎn)換和應(yīng)用。

兩個軟件的光譜文件都是以文本格式定義的，SPEOS中光譜文件的擴(kuò)展名是*.spectrum，其中包含以下信息：數(shù)據(jù)標(biāo)題、名稱、波長總數(shù)和它們的權(quán)重、具體波長和權(quán)重。

Zemax光譜文件以擴(kuò)展名*.SPCD為結(jié)尾，并且放置在Sources

Spectrum文件夾中，該文件用于描述光源顏色模擬的用戶自定義光譜，文件格式為以下形式的成對數(shù)據(jù)：

# comment

wavelength1 weight1

wavelength2 weight2

etc...

其中波長數(shù)據(jù)以μm為單位，并且要以升序的形式排列，權(quán)重則表示為相對功率單位的無量綱形式，需要注意的是定義的波長數(shù)據(jù)最少為3對，最多為200對。

掌握一些光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識是熟練運(yùn)用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的根基。Ansys Zemax是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，它能夠快速準(zhǔn)確的完成光學(xué)成像及照明設(shè)計(jì)等工作！

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審核編輯 ：李倩