3、光源模型：点光源、面光源、准直光源、发光二极管（LED）模型、光源光谱特性

做非序列光线追迹，说白了就是在跟「光」打交道。而光源，就是整个系统的起点。

起点要是错了，后面追得再准也没用。我见过不少新手，一上来就随便选个点光源，结果系统仿真结果跟实测差了十万八千里。嗯，这里面的门道，咱们得好好捋一捋。

3.1 点光源：最基础的模型，但别小看它

点光源，顾名思义，就是一个点发出的光。它向四面八方均匀辐射，像个微型的「小太阳」。

适用场景：

• 模拟远处的小灯泡、LED 芯片的近似
• 系统初步验证，快速看光路走向
• 照明均匀性要求不高的场合

我个人习惯，在项目初期先用点光源跑一遍。为什么？因为它快。计算量小，能快速发现光路中的明显问题。比如有没有光打到不该打的地方，或者系统有没有明显的遮挡。

3.2 面光源：更接近真实世界的模型

真实世界里，哪有那么多「点」？LED 灯珠是有面积的，荧光灯管是长条形的。这时候，面光源就派上用场了。

面光源可以定义成矩形、圆形、椭圆形，甚至任意多边形。它发出的光线，从整个面上均匀射出。

关键参数：

• 发光面尺寸： 长、宽或半径
• 发光角度： 朗伯体分布还是均匀分布？
• 光线数量： 面光源的光线数要比点光源多，否则边缘会「漏光」

3.3 准直光源：让光「听话」地往前走

准直光源，说白了就是让光尽量平行地射出去。激光笔、投影仪的光源，本质上都是准直光源。

在非序列追迹里，准直光源通常有两种定义方式：

• 平行光束： 所有光线方向一致，像一束「光柱」
• 高斯光束： 考虑光束的束腰和发散角，更接近真实激光

我建议，如果你只是做简单的光路对准，用平行光束就够了。但如果你在做激光雷达或者光纤耦合，那就必须用高斯光束模型。为什么？因为高斯光束的束腰位置、发散角，直接决定了耦合效率。

3.4 发光二极管（LED）模型：最常用的光源

LED 模型，可以说是非序列追迹里最常用的光源了。它既不是点光源，也不是简单的面光源。它有自己独特的发光特性。

LED 的典型特征：

• 朗伯体发光： 亮度随角度按余弦规律衰减
• 光谱较宽： 不像激光那么「纯」
• 有芯片尺寸： 通常 1mm x 1mm 左右

我记得有一次做汽车尾灯设计，客户要求用红色 LED。我一开始偷懒，直接用了个「红色点光源」代替。结果仿真出来的光型，跟实际样品差了 30% 以上。后来老老实实建了 LED 的芯片模型，加了朗伯体发光分布，才把误差降到 5% 以内。

LED 建模要点：

1. 先确定芯片尺寸（长、宽、高）
2. 设置发光面为芯片表面
3. 选择朗伯体发光分布
4. 导入真实光谱数据（如果有的话）

3.5 光源光谱特性：颜色不是「选」出来的

很多新手会问：「我直接选个红色光源不就行了？」

嗯，没那么简单。真实的光源，光谱是连续的。红色 LED 的光谱，可能峰值在 620nm，但旁边还有 600nm、640nm 的成分。这些「杂色」会影响最终的颜色均匀性。

光谱参数包括：

3.6 知识体系总览

说了这么多，咱们来张图总结一下。下面这张 SVG 图，把光源模型的分类和关键参数都串起来了。

你看，光源模型不是孤立的知识点。点光源、面光源、准直光源、LED 模型，它们各有各的脾气。而光谱特性，就像一根线，把它们全部串了起来。

做仿真的时候，别急着选模型。先问问自己：我的真实光源长什么样？它有多大？它怎么发光？它的光谱是什么？想清楚了，再动手。

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