折射率的计算(Index of Refraction Computation)

OpticStudio始终使用相对折射率数据，而不使用绝对折射率数据。考虑相对折射率的一种方法是：在系统温度和压力下，无论波长是多少，都将"空气"（通过玻璃栏中的空白条表示）的折射率始终定义为精确的1.0。其它温度及压力下的空气及玻璃空间将相对于1.0进行归一化。

OpticStudio计算相对折射率数据需要执行几个步骤。计算各种玻璃每个波长的折射率的基本步骤有：

  • 在玻璃的参考温度以及1.0大气压力下，将波长标度至空气中。
  • 通过色散公式，计算玻璃在参考温度下的相对折射率。
  • 计算空气在玻璃的参考温度下的折射率。
  • 计算玻璃在玻璃的参考温度下的绝对折射率（相对于真空）。
  • 计算玻璃在表面温度下的绝对折射率变化。
  • 计算空气在系统温度及压力下的折射率。
  • 计算玻璃在系统温度及压力下相对于空气的折射率。

玻璃在表面温度及压力下相对于空气在系统温度及压力下的折射率，是OpticStudio用于追迹光线的最终结果。使用这种方法，也可得出空气表面的折射率。也就是说，空气表面在与系统温度和压力不同的温度及压力下，折射率有点轻微的上下波动。例如，如果系统压力为1.0，将一个空气表面的压力设置为0.0，该空气表面的折射率则大约为0.99973。如果系统压力为0.0，大气空间压力为1.0，该表面的折射率则大约为1.00027。请记住，在将系统温度及压力下的空气定义为1.0时， 所有其它指数均为相对值。

还要注意的是，OpticStudio可通过将气压改为零，轻松建模真空使用的系统。如果只有一部分表面处于真空状态，就可在多重结构编辑器中使用TEMP和PRES命令进行设置。

对于玻璃的折射率，OpticStudio将使用色散公式以及存储在玻璃库中的数据。详情参见"材料库数据说明"。对于空气的折射率，OpticStudio将使用以下公式：

其中，

T为摄氏温度，P为相对气压（无量纲），λ为输入单位为微米的波长（在系统温度和系统压力下）。该空气折射率公式请参见F. Kohlrausch所著的Praktische Physik1968, Vol 1, page 408。玻璃的绝对折射率随温度的变化 使用以下表达式计算：

其中n为玻璃在参考温度下的相对折射率；ΔT为玻璃在相对于参考温度的温度下的变化（如果温度高于玻璃的参考温度，则ΔT为正数）；D0、D1、D2 、E0、E1和 λtk均为玻璃制造商提供的常数，用于表达玻璃的热性能；其中Stk是λtk常数的符号（即：如果λtk为正数，则Stk = 1；如果λtk为负数，则Stk = -1）。这个适用于玻璃折射率变化的模型由Schott Glass Technologies公司研发。

必须在用于计算的玻璃库中提供这六个常数才有效。所有六个常数的默认值均为零，折射率将不变；因此，如果没有将热数据添加至玻璃库，则不考虑热效应。如果没有提供这六个常数，OpticStudio就无法计算任何玻璃类型的热折射率变化。但如果不提供这六个系数，就会提供一些近似值。详情参见"添加热折射率变化数据(Adding thermal index variation data)"部分。

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