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[技术]FRED功能演示 [复制链接]

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科学家

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只看楼主正序阅读楼主发表于: 2023-04-25

几何元件类型

为什么FRED这个特性非常有用：

FRED有很多常用的光学元件和几何形状，可以添加到模型里面。FRED可以很容易地让用户创建复杂、真实渲染的几何图形。此外，Element Primitives（元件基元）允许用户使用类似于CAD程序的建模方式，创建实体及执行布尔运算来定义模型。

1. 透镜：可以由半径、曲率或焦距/弯曲因子进行指定。孔径可以是圆形、椭圆或矩形。

2. 反射镜：可以由半径，曲率或焦距，中心厚度，材料及圆形、椭圆或矩形外边界和可选的中心孔进行指定。

3. 棱镜：多种常见的棱镜类型是可使用的，每个类型都有自己的一组设置选项。

4. 自定义元件：由多个表面和曲线组成的自定义几何形状可以使用这个元件类型。

5. 元件基元：由最小的一组参数定义常用的实体类型。

6. 元件合成：允许创建复杂的实体几何图形，通过加、交叉、减布尔运算来合成元件基元。

上图：使用元件基元和布尔运算在FRED界面创建一个复杂的几何图形（Sample Files/Geometry /geometryOpticalMouse.frd）

位置/方向

在任何其他组件的坐标系统中，FRED都可以定位任何组件（装配，部件，元件，表面，曲线或光源等）的位置。

此外，FRED可以在任何时刻很方便地将任何实体的坐标系统转换成其他任何类型的坐标系统。

为什么FRED这个特性非常有用：

FRED允许在任何坐标系统定义对象的位置和方向。这意味着用户不需要知道单个对象的全局位置。
此外，分组实体通过集成在同一个坐标系统中用户可以快速操作整个装配，而无需对每个对象进行更改。

上图：通过设置起始坐标系统将这个对象定位在一个相对于光源的位置

膜层类型

一个新的FRED文档是与一些常见的膜层类型一起预先加载的。标准膜层是96%透射，4%反射& Uncoated代表没有镀膜的基底。

此外，用户可以创建如下类型的膜层：

 采样膜层（不连续波长）
 普通的采样膜层（与波长，偏振和角度相关的）
 分层薄膜
 四分之一波长的单膜层
 偏振/波片膜层
 脚本膜层

为什么FRED这个特性非常有用：

用户所需的实际的光学系统可以使用这些选项快速和非常容易的准确模拟。使用FRED内置的BASIC脚本语言可以灵活的让用户自定义膜层。

材料

一个新的FRED文档是与一些常见的材料类型一起预先加载的。

此外，用户可以创建下列类型的材料：
 采样材料（不连续波长）
 不同类型的光学玻璃目录库（例如：Schott， Ohara，Corning......）
 不同类型的梯度折射率材料
 采样双折射/或光学活性材料
 脚本梯度折射率材料

为什么FRED这个特性非常有用：

用户所需的实际的光学系统可以使用这些选项快速和非常容易的准确模拟。使用FRED内置的BASIC脚本语言可以灵活的让用户自定义材料。

光源

常见的光源类型可以从简易光源列表中选择。其中包括平行平面波，点光源，高斯TEM00模式激光光束和像散高斯激光二极管光束。

光源特性也包括：
 总功率
 相干性（非相干或相干）
 偏振态（非偏振或有特定属性的偏振）
 多波长（明确定义或基于光谱定义）
 复制阵列的位置

此外，用户可以创建一个自定义的（Detailed Source）详细光源，允许用户控制光源的所有参数包括：

 光线的位置
 光线的方向
 切趾功率和方向

详细的光源还允许用户从如LED制造商中导入光线文件。

为什么FRED这个特性非常有用：

简易光源类型允许用户快速建立共同光源。详细光源类型给予用户灵活性来创造更少的共同性，自定义光束类型。

高斯光束分解
为什么FRED这个特性非常有用：

不是所有的光线追迹软件都能够模拟相干场的传播。FRED可以做到。

通过采用GBD，FRED可以模拟激光系统，可以计算出干涉仪的干涉图样，边缘衍射效应，光纤耦合等。

基于模拟微米或纳米尺度结构的FDTD，BPM和EME等第三方麦克斯韦解算法技术，使用GBD允许可以允许其与FRED之间实现数据共享。
高斯光束分解(GBD)是一种用在FRED中，允许通过光线追迹传播相干场的技术。它第一次是在1969年由J.A.Arnaud提出。

为什么FRED这个特性非常有用：
不是所有的光线追迹软件都能够模拟相干场的传播。FRED可以做到。
通过采用GBD，FRED可以模拟激光系统，可以计算出干涉仪的干涉图样，边缘衍射效应，光纤耦合等。
基于模拟微米或纳米尺度结构的FDTD，BPM和EME等第三方麦克斯韦解算法技术，使用GBD允许可以允许其与FRED之间实现数据共享。

GBD算法将secondary rays分配给每个“base ray”(参见下图)，正是secondary和base的关系允许通过光学系统场传播计算波前和场系数（Ex，Ey，Ez —real和imaginary）。

更多细节可以在FRED帮助/相干光源概述页面找到。

分析

FRED由许多不同的分析类型。
 辐射照度分布（功率/单位面积）
 强度分布（功率/单位立体角）
 3D点列图
 位置点列图，方向点列图，偏振点列图
 亮度，照度
 颜色分析
 标量/矢量场（振幅，相位，实部和虚部系统，波前）
 能量密度（功率/单位体积）
 找到最优焦点
 光纤耦合
 光线表面概述
 光线追迹路径报告
 杂散光报告

一些分析量例如辐照度3D图查看器，允许用户3D可视化数据，并允许用户自定义横截面。相比之下，一些分析量是基于文本格式并显示在FRED GUI的文本窗口（Text Window）。

FRED的光线追迹路径报告和杂散光报告提供了每个独特的光线路径详细报告，散射路径和鬼像路径允许快速理解和诊断模型。

为什么FRED这个特性非常有用：

在激光系统，照明，成像行业中，FRED可以为各种应用程序提供相关数据。各种报告和诊断工具允许用户了解系统的性能和模型的准确性。光线追迹路径报告和杂散光报告为用户提供了快速了解其光学模型工具。

脚本

FRED有一个集成的BASIC脚本语言，有超过2000种具体函数和子程序来运行FRED。

用户可以编写脚本，创建/修改系统几何，光源，膜层，散射模型等等...，以及自动化光线追迹和计算。在树状文件夹窗口中Embedded Script提供了方便将存储脚本在一个FRED文档中。

为什么FRED这个特性非常有用：

脚本语言是共同的BASIC语言-用户不需要专门学习针对FRED的脚本语言。此外，它是一个全功能的语言，允许用户编写数组，for循环，子程序，函数等。

编译脚本语言意味着运行脚本，执行许多指令，例如经过数百万光线一个接一个的循环是可能的。

2000+FRED命令允许用户使用脚本语言就可以自动运行FRED流程，而在FRED中使用的脚本可能只需要几行代码。

用户可以编写代码来为他们的脚本提供一个图形用户界面，并且因为FRED允许用户将其自己的按钮放置在FRED工具栏上，用户有能力扩展软件的功能。

此外，在FRED中还可以使用脚本语言来自定义如下类型：

 材料
 膜层
 散射模型
 优化变量和评价函数

ARNs

分析结果节点（ARNs）是存储分析结果（数据）以及任何辅助（auxiliary）或用户指定的信息分析。

每个ARN都指定了一个在创建上的特定的节点数量，允许访问、操作和直接从FRED's树形窗口或脚本语言显示。Analysis Results Nodes是存储在Analysis Results树形文件下。

为什么FRED这个特性非常有用：

ARNs给用户一个有组织且方便的方式来查看与FRED文档相关的数据。实际上一个特别的应用是可使用脚本语言来操控ARNs。例如将两个ARNs文件中的数据合在一起是非常简单的操作。

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