序列模式（Sequential Mode）與非序列模式（Non-Sequential Mode）是ZEMAX光學設計軟件中的兩種核心設計模式，二者在光路定義、分析工具、應用場景等方面存在本質差異。
以下是兩者的詳細比較：
一、本質差異
- 光路定義邏輯
- 序列模式：基于“表面-光線”的嚴格順序傳播。光線按預設的表面序列依次通過每個光學元件（如透鏡、反射鏡），光路具有明確的先后順序。
- 非序列模式：基于“物體-光線”的自由傳播。光線從光源出發后，可自由與任意物體（如棱鏡、光纖、散射面）相互作用，光路不受表面順序限制。
- 數學模型基礎
- 序列模式：采用幾何光學的近軸近似和像差理論，通過光線追跡計算像差（如球差、彗差），并優化系統參數以最小化像差。
- 非序列模式：結合幾何光學和蒙特卡羅方法，模擬光線的隨機傳播（如散射、反射、折射），重點分析光強分布和能量效率。
- 設計目標
- 序列模式：優化成像質量（如分辨率、MTF），控制像差至可接受范圍。
- 非序列模式：優化光能利用效率（如照度均勻性、光強分布），模擬復雜光路現象（如鬼像、眩光）。
二、詳細對比
| 對比維度 | 序列模式 | 非序列模式 |
|---|---|---|
| 光路定義 | 光線按表面序列傳播（如透鏡1→透鏡2→像面），光路不可交叉或跳躍。 | 光線自由傳播，可與任意物體相互作用（如光線從LED出發，經反射鏡折射后進入光纖）。 |
| 表面類型 | 支持標準面、非球面、衍射面等，但需按順序排列。 | 支持復雜幾何物體（如棱鏡、光纖、散射面），物體可任意放置和旋轉。 |
| 光源模擬 | 光源通常簡化為平行光或點光源，重點模擬像面光照。 | 支持真實光源模型（如LED陣列、面光源），可定義光譜分布、角分布和空間強度分布。 |
| 分析工具 |
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| 優化能力 | 通過評價函數（Merit Function）優化像差相關參數（如曲率半徑、透鏡厚度），支持自動優化和全局優化。 | 優化目標通常為光強分布或能量效率（如最大化光纖耦合效率），優化參數包括物體位置、角度和材料屬性。 |
| 公差分析 | 評估元件制造誤差（如曲率半徑偏差）對成像質量的影響，指導公差分配。 | 評估元件誤差對光能分布的影響（如光纖位置偏差導致的耦合效率下降），支持蒙特卡羅模擬。 |
| 計算效率 | 計算速度快，適合復雜成像系統的快速迭代設計。 | 計算量較大（尤其是蒙特卡羅追跡），需權衡精度與速度。 |
| 應用場景 |
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三、模式選擇建議
- 選擇序列模式的場景
- 需要精確控制像差和成像質量的系統（如高分辨率相機鏡頭）。
- 光路結構相對簡單，且光線傳播順序明確（如傳統顯微鏡）。
- 需快速迭代設計并優化MTF、場曲等成像指標。
- 選擇非序列模式的場景
- 光路復雜或包含非成像元件（如棱鏡、光纖、散射面）。
- 需模擬真實光源和光強分布（如室內照明設計）。
- 需分析雜散光、鬼像等非預期光路現象（如航空攝影鏡頭中的眩光問題）。
- 混合模式的應用
- 對于同時包含成像和照明功能的系統（如帶有反射鏡的投影儀），可結合序列模式和非序列模式：
- 用序列模式設計成像部分（如投影鏡頭）。
- 用非序列模式設計照明部分（如LED光源和反射鏡）。
- 通過“非序列面”將兩部分連接，實現光機一體化設計。
- 對于同時包含成像和照明功能的系統（如帶有反射鏡的投影儀），可結合序列模式和非序列模式：
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