Ansys Zemax | 如何在存在全内反射 (TIR) 的情况下应用散射

问题背景与传统挑战

在OpticStudio中，全内反射行为在其他表面性质，如散射之前被优先处理。当面对含有光学粗糙表面的光管或光纤等组件时，这可能导致对完美TIR行为的不精确模拟，尤其是在表面粗糙度带来的散射效应影响设计时。这些组件依赖于TIR原理以实现预期性能，但因表面结构原因，实际中往往无法实现理想状态的TIR。

解决方案：嵌入表面技术

为了解决上述问题，我们可以采取利用虚拟表面作为干预手段，确保在TIR被考虑之前，散射函数（如Lambertian散射函数）得以应用。这种方法的核心思想是，在物理组件的实际表面之前，创建一个虚拟角色，从而调整光线路径和行为，使其更忠实于所设计的光学系统。

嵌入表面实例分析




步骤1：使用一个示例附件（ScatteringAndTIR_TIRAppliedBeforeScatterFunction.zar），其中包含了直径为10毫米长度为50毫米的PMMA圆柱体。这代表着一个可能遇到TIR挑战的光学组件。

步骤2：在镜头数据编辑器中，设计时可预设有一个如下配置：第1行为光源，使命是按照15°发射光线；第4行和5行则安置了检测器，分别用来记录内部和外部的光线折射情况。创建光管（使用Cylinder Volume对象）以模拟实际组件。

步骤3：利用虚拟表面概念，将散射函数如Lambertian散射引入到虚拟层。传统上，TIR在此时被实现，导致反射光线如预期般回绕圆柱体。然而，其忽略了伴随粗糙表面的散射效应。

步骤4：引入嵌入表面策略：在特定尺寸（圆柱管半径设置为4.98毫米，稍小于光管的地标尺寸20微米）下的多区管道对平面表面进行调整，附加散射函数放置于管道而不是对象本身。该调整迫使软件先处理散射函数，以在TIR考虑之前改变光线路径。

步骤5：通过对比两个运行模型的结果，我们能够观察到虚拟化的反应：在内部和外部的检测器上，我们得到的是均匀分布的照明，而非仅凭TIR反射交错形成的反差结果。这种前后检测器上的均匀分布，更真实地反映了通过模拟表面处理后的光学行为和光流量分布。