光学设计技术基础教程：Zemax与SPEOS光源文件格式

wavelab86

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。

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。

                               
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Zemax光谱文件以扩展名*.SPCD为结尾，并且放置在<objects>\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 <optional>

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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