OpticStudio如何模拟一颗闪耀的钻石

建模钻石

钻石最著名的形状叫做“Round brilliant-cut”，它是由Marcel Tolkowsky于1919年创造的。这种形状使钻石由一块石头变为闪耀的宝石，它由57个表面组成，在OpticStudio中我们可以用多边形物体对其进行建模。当多边形物体拥有较多的面时，比如这个例子，我们可以使用宏来更方便快捷的生成多边形物体文件。本文使用的宏请从前文链接下载，运行宏后钻石文件会在创建在Zemax根目录下ObjectPolygon Object文件夹中。

在上图3D布局图中橘色线条为多边形物体。在非序列编辑器钻石物体之后插入环形体（Annular Volume），并设置环形体与钻石的外缘角重叠。在非序列模式下物体空间位置重叠部分的属性，由编辑器中序号靠后的物体决定。因此物体属性为空气的环形体会对钻石进行“边缘修剪”，将钻石的边缘变为完美的圆形。

光线收集系统

由于光线在钻石中发生许多方向的折射、反射以及散射，因此单独一个探测器只能接收到很小一部分入射进钻石的能量。为了使探测器收集到更多的光线，我们使用光线旋转器（Ray Rotator）来增加光线追迹的效率。

OpticStudio中的光线旋转器本来是用于太阳能收集系统中模拟太阳在一天中的移动。然而我们只需要稍加改动，就可以将其变成一个回射面（retro-reflector），以此来帮助我们收集所有钻石散射出去的光线，并使用一个探测器即可完成所有光线的收集。

首先，光线旋转器材料设为MIRROR，并将Z方向的旋转角设为180度。这样光线射倒旋转器后会反转方向，由于光路可逆，所有反射的光会经原路返回到光源处。因此，当光线从光源发射，且物体（钻石）被光线旋转器环绕时，光线的传播顺序如下：光源->物体->光线旋转器->物体->光源。

如果将探测器放置在光源之后，则所有从光源发出的光线都将会回到光源并被探测器接收。这种建模方法可以极大的提高光线追迹的效率。