光學工程仿真軟件－FRED操作手冊 全新改版（上）

前 言

隨著科學技術的不斷發(fā)展，光學軟件有了相當長足的進步，對光學設計者而言，不僅要牢固掌握光學的理論知識，還要具備熟練的計算機操作和光學軟件的使用能力。光學專業(yè)設計軟件種類繁多，在非序列光追跡功能方面的表現(xiàn)亦各擅長。

FRED 是由美國 Photon Engineering 公司出品的光學引擎軟件。FRED可視化的人機接口將可使設計者在非常短的時間內完成設計機構的雛形，并驗證方案的準確性、最大限度地模擬產品的實際工作情況、為客戶節(jié)約時間與資金投入。

本書系統(tǒng)的概述了FRED基本概念和基本方法，全書共20章節(jié)，分為上下冊，本書在第一版基礎上，新增并調整了部分章節(jié)的內容，第1章增加了FRED名詞術語及用戶界面；在2章中新增加了M2高斯光束光源，光源方向類型新增激光二極管光束方向、強度分布的隨機光線方向和M2激光束方向；第3章新增了孔徑裁剪邏輯操作實例、16種棱鏡類型、幾何元件基元、布爾運算；第4章新增2種曲線類型：跑道曲線、非均勻有理樣條B曲線；第5章新增探測器實體及分析面尺寸設定。第6章新增腳本體散射及光線追跡膠合層；第7章新增三種新的鍍膜類型：取樣、1/4單層、腳本鍍膜；第8章新增5中散射模型：漫反射二項式、漫反射三項式、擴展 Harvey Shack散射、腳本散射、擴展腳本散射；第9章新增光線追跡菜單命名；第10章為新增內容。第13章調整為表面類型，并新增了：線圈參數(shù)表面、焦點圓錐曲面、多面體表面、QBfs面、QCon面、直紋面、超高斯光束面、透鏡模塊面、表面模塊面；第16章新增優(yōu)化內容；第18章新增7個實例，包括在散射、LED、雜散光、光纖耦合、衍射元件、腳本教程、卡塞格林望遠鏡的應用。本手冊可做為初學者在學習FRED的參考書籍。為從事光學科研、設計、教學的科技人員、工程人員、廣大教師和高等院校有關專業(yè)的學生，及相關學科的科技工作者，提供一部有實用價值的工具書。

本書中存在的不足之處，敬請讀者不吝指正。  

目  錄

第一章 FRED概述 1

1.1 WHAT IS FRED？ 1

1.2 FRED與傳統(tǒng)軟件之間有什么不同？ 1

1.3 FRED名詞術語 2

1.4 FRED用戶界面 7

第二章 光源 16

2.1 簡易光源 16

2.1.1 簡易光源的建立 16

2.1.2 復雜光源(簡易光源對話框內) 17

2.1.3 準直光源（平面波） 19

2.1.4 激光二極管光束（像散高斯） 22

2.1.5 激光光束（TEM00模式） 24

2.1.6 點光源 27

2.1.7 M2高斯光束 28

2.1.8 相干光 32

2.2 復雜光源 49

2.2.1復雜光源的創(chuàng)建與編輯 49

2.2.2創(chuàng)建新的與編輯/查看復雜光源對話框 51

2.2.3光源位置類型 51

2.2.3.1位圖 51

2.2.3.2格子平面（創(chuàng)建新的與編輯/查看復雜光源對話框） 54

2.2.3.3六角形平面 55

2.2.3.4 字符串光源 56

2.2.3.5光源文件的輸入 58

2.2.3.6隨機平面 60

2.2.3.6隨機字符串 60

2.2.3.7隨機表面 62

2.2.3.8隨機體積 63

2.2.3.9 用戶定義的光線 65

2.2.4方向類型 68

2.2.4.1像散焦距 68

2.2.4.2像散高斯光束 69

2.2.4.3焦點到/來自一點 70

2.2.4.4 多光源的角(平面波) 72

2.2.4.5 多光源的位置 73

2.2.4.6 角度范圍內的隨機方向（光線） 74

2.2.4.7 球體內的隨機方向（光線） 76

2.2.4.8 單向 77

2.2.4.9 角度空間內構成六角形格子點的方向（光線） 79

2.2.4.10 構成線性格子點的方向（光線） 80

2.2.4.11 激光二極管光束方向 81

2.2.4.12根據(jù)強度分布的隨機光線方向 82

2.2.4.13 M2激光束方向 83

2.3 光源標簽 84

2.3.1 相干 84

2.3.2 位置/坐標 86

2.3.3 偏振 88

2.3.4 位置/方向 89

2.3.5 功率 93

2.3.6 視覺效果 94

2.3.7 波長 96

2.4 切趾光源 99

2.4.1 位置切趾 99

2.4.1.1振幅/相位掩模板 99

2.4.1.1.2 掩膜板大小 101

2.4.1.2 高斯切趾 101

2.4.1.3 R^n距離 104

2.4.1.4均勻 106

2.4.2 方向切趾 108

2.4.2.1 cos^n 或 sin^n 108

2.4.2.2逆朗伯 110

2.4.2.3高斯 113

2.4.2.4郎伯 115

2.4.2.5取樣（球形角） 118

2.4.2.6均勻 121

2.4.3光線導入選項 123

2.4.4數(shù)字化光源光譜 123

2.4.5部分相干 125

2.4.6 場重新取樣 125

2.4.7場重新取樣（圖形用戶界面） 126

第三章 幾何體議題與例子 128

3.1 創(chuàng)建新曲面 129

3.1.1 編輯/查看曲面 132

3.1.2 應用孔徑，裁剪體與裁剪對象 134

3.1.2.1裁剪體與裁剪對象 137

3.1.2.2裁剪邏輯操作 139

3.1.3 應用位置 149

3.1.4 應用膠合 152

3.1.5 應用光柵 154

3.1.6 曲面類型 161

3.1.7 應用可視化屬性 164

3.1.8 應用曲面變形 166

3.1.9 材料 171

3.1.10 散射特性 173

3.1.11 輔助數(shù)據(jù) 180

3.2 ASAP™導入 180

3.3 CAD導入 182

3.4創(chuàng)建幾何實體 186

3.4.1 透鏡導入 187

3.4.2 透鏡及反射鏡建立 190

3.4.3 從目錄中插入棱鏡 193

3.4.4 棱鏡 196

3.4.5 元件基元 200

3.4.6 布爾運算 207

3.5 新自定義元件 211

3.6 元件與自定義元件的比較 215

3.7 方向余弦 216

3.8 IGES對象類型標號和標題 217

第四章 曲線與基于曲線的曲面 225

4.1 曲線 226

4.2 曲面類型 234

4.3 復雜曲面孔徑：孔徑曲線集合 239

4.4 曲線可視化 256

第五章 分析面及其實例 257

5.1 創(chuàng)建分析平面 258

5.2 光線選擇標準 267

5.3 粘附分析平面 271

5.4 探測器實體 274

5.5 分析面尺寸 279

第六章 材料設定與定義 280

6.1 材料定義 281

6.2 材料類型 284

6.3 編輯/創(chuàng)建新取樣材料 287

6.4 編輯/創(chuàng)建新模型材料 295

6.5 添加體散射 300

6.5.1 Henyey-Greenstein散射 301

6.5.2 腳本體散射 303

6.6 材料吸收特性 305

6.7 光線追跡膠合層 308

第七章 鍍膜 310

7.1 新建鍍膜 311

7.2 應用光線控制和鍍膜 318

7.3 編輯或創(chuàng)建新的一般取樣鍍膜 321

7.4 編輯或創(chuàng)建新的薄膜層鍍膜 330

7.5 未鍍膜（裸露）曲面 338

7.6 編輯或創(chuàng)建新的偏光器/波片鍍膜 342

7.7 取樣鍍膜（波長、R、T） 354

7.8 1/4波單層鍍膜 357

7.9 腳本鍍膜 358

8.1新建散射屬性 360

8.2編輯/創(chuàng)建新散射模型 371

8.2.1散射模型 – ABg 371

8.2.2散射模型 – 平滑黑色涂料 376

8.2.3散射模型 – Harvey-Shack 381

8.2.4散射模型 – 朗伯型 388

8.2.5散射模型 – Mie 393

8.2.6散射模型 – 列表數(shù)據(jù) 404

8.2.7散射模型 – K-系數(shù) 409

8.2.8散射模型 – Phong 413

8.2.9散射模型 – 薄片PSD 419

8.2.10散射模型 – 漫反射二項式 422

8.2.11散射模型 – 漫反射多項式 424

8.2.12散射模型 – 擴展 Harvey Shack 426

8.2.13散射模型 – 腳本散射 426

8.2.14散射模型 – 擴展腳本散射 430

第九章 光線追跡屬性 432

9.1 光線追跡控制 433

9.2 默認光線追跡控制 440

9.2.1默認光線追跡控制 – 允許全部 440

9.2.2默認光線追跡控制 – 暫停全部 444

9.2.3默認光線追跡控制 – 反射光譜 448

9.2.4默認光線追跡控制 –透射光譜 452

9.3 高級光線追跡 456

9.4 光線追跡菜單命令 462

第十章 光譜 463

10.1創(chuàng)建光譜命令 464

10.2光譜概述 465

10.2.1黑體 466

10.2.2高斯 468

10.2.3采樣 469

光學工程仿真軟件－FRED操作手冊 全新改版（下）

目  錄

第十一章 數(shù)字化工具： 472

鍍膜、材料、光源光譜與曲線 472

第十二章 重點采樣 480

12.1 如何進行重點采樣 480

12.2 自動計算散射重點采樣 483

12.3 分析散射重點采樣對話框 485

第十三章 表面類型 488

第十四章 波分解 550

第十五章 FRED內的不同主題 556

15.1 偏振引起的色分離 556

15.2 高等孔徑對話框 560

15.3 圓形/正方形區(qū)域值對話框 563

15.4 實體陣列對話框 565

15.5 擬合數(shù)據(jù)到漫射二項式/多項式函數(shù)對話框 571

15.6 傅立葉變換分析 574

15.7 生成IES輸出對話框 575

15.8 全局腳本變量對話框 582

15.9 膠合曲面對話框 583

15.10 追跡目標光線對話框 586

15.11 搜索供應商目錄對話框 589

15.12 創(chuàng)建/編輯透鏡 591

15.13 新材料對話框 601

15.14 材料表/選擇對話框 606

15.16 新鏡面 607

第十六章 FRED菜單命令 612

16.1 文件 612

16.2 編輯 635

16.3 視圖 637

16.4 工具 642

16.5 3D視圖 655

16.6 光線追跡 679

16.7 創(chuàng)建 697

16.8 分析 717

16.9 優(yōu)化 762

16.10 幫助 768

第十七章 圖形參數(shù)設置 776

17.1 圖軸標記對話框 776

17.2 鍍膜圖設置對話框 777

17.3 BSDF 3D圖設置對話框 779

17.4 改變FRED圖，軸和可視化屬性 783

17.5 背景網(wǎng)格對話框 797

第十八章 – 范例 803

例1 – FRED內的MTF計算 803

例2 – 若丹明熒光粉（一種紅色熒光粉）6G 810

例3 – 偏振分離顏色 816

例4 – 反向散射 820

例5 – 光纖耦合 823

例6 – PETZVAL（匹茲伐）系統(tǒng)鬼像分析實例 853

例7 – 卡塞格倫望遠鏡 872

例8 – LED發(fā)光顏色優(yōu)化 908

例9 – 創(chuàng)建一個衍射光學元件 916

例10 – FRED腳本教程 924

第十九章 – 排錯驅動器與顯卡問題 930

第二十章 – FRED與SAFENET兼容 935

價  格：500元 有興趣可以掃碼加微聯(lián)系，另外還有雜散光線下培訓課程