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光学工程仿真软件-FRED操作手册(上、下册) =nvAOvP{? 光学工程仿真软件-FRED操作手册 全新改版(上) jTd4 H) !$p2z_n$@. 前 言 7~kpRa@\P })zB". 随着科学技术的不断发展,光学软件有了相当长足的进步,对光学设计者而言,不仅要牢固掌握光学的理论知识,还要具备熟练的计算机操作和光学软件的使用能力。光学专业设计软件种类繁多,在非序列光追迹功能方面的表现亦各擅长。 ]{AOh2Z.hv uP%axys FRED 是由美国 Photon Engineering 公司出品的光学引擎软件。FRED可视化的人机接口将可使设计者在非常短的时间内完成设计机构的雏形,并验证方案的准确性、最大限度地模拟产品的实际工作情况、为客户节约时间与资金投入。 84p[N8 Ez/\bE 本书系统的概述了FRED基本概念和基本方法,全书共20章节,分为上下册,本书在第一版基础上,新增并调整了部分章节的内容,第1章增加了FRED名词术语及用户界面;在2章中新增加了M2高斯光束光源,光源方向类型新增激光二极管光束方向、强度分布的随机光线方向和M2激光束方向;第3章新增了孔径裁剪逻辑操作实例、16种棱镜类型、几何元件基元、布尔运算;第4章新增2种曲线类型:跑道曲线、非均匀有理样条B曲线;第5章新增探测器实体及分析面尺寸设定。第6章新增脚本体散射及光线追迹胶合层;第7章新增三种新的镀膜类型:取样、1/4单层、脚本镀膜;第8章新增5中散射模型:漫反射二项式、漫反射三项式、扩展 Harvey Shack散射、脚本散射、扩展脚本散射;第9章新增光线追迹菜单命名;第10章为新增内容。第13章调整为表面类型,并新增了:线圈参数表面、焦点圆锥曲面、多面体表面、QBfs面、QCon面、直纹面、超高斯光束面、透镜模块面、表面模块面;第16章新增优化内容;第18章新增7个实例,包括在散射、LED、杂散光、光纤耦合、衍射元件、脚本教程、卡塞格林望远镜的应用。本手册可做为初学者在学习FRED的参考书籍。为从事光学科研、设计、教学的科技人员、工程人员、广大教师和高等院校有关专业的学生,及相关学科的科技工作者,提供一部有实用价值的工具书。 Bbl)3$`, Y( 1L>4 本书中存在的不足之处,敬请读者不吝指正。 Et}C`vZ+Ve HzD> -f ^_*jp[!`b$ ;.nP%jD
目 录 P~Te+ -jX} 5W[3_P+ 第一章 FRED概述 1 j8[`~pb 1.1 WHAT IS FRED? 1 ]cF1c90% 1.2 FRED与传统软件之间有什么不同? 1 t+=1 2{9;f 1.3 FRED名词术语 2 _.d}lK3$2 1.4 FRED用户界面 7 Gd30Be2gd 第二章 光源 16 U`bC>sCp 2.1 简易光源 16 cg(QjH" 2.1.1 简易光源的建立 16 +CnyK(V 2.1.2 复杂光源(简易光源对话框内) 17 <qbZG}u 2.1.3 准直光源(平面波) 19 8!u/
2.1.4 激光二极管光束(像散高斯) 22 !j!Z%]7 2.1.5 激光光束(TEM00模式) 24 ;[{:'^n 2.1.6 点光源 27 '2|1%NSW9 2.1.7 M2高斯光束 28 Bs+c2R 2.1.8 相干光 32 -1jjB1 2.2 复杂光源 49 |8&-66pX 2.2.1复杂光源的创建与编辑 49 T!u'V'Ei2 2.2.2创建新的与编辑/查看复杂光源对话框 51 CRZi;7`*1 2.2.3光源位置类型 51 2
) TG 2.2.3.1位图 51 CrnB{Z4L 2.2.3.2格子平面(创建新的与编辑/查看复杂光源对话框) 54 hAV2F# 2.2.3.3六角形平面 55 4R&*&GZ# 2.2.3.4 字符串光源 56 hlAR[ ] 2.2.3.5光源文件的输入 58 KWFyw>*) 2.2.3.6随机平面 60 Sk8%(JD7 2.2.3.6随机字符串 60 \We"?1^ 2.2.3.7随机表面 62 gB(9vhj$ 2.2.3.8随机体积 63 &mh Ln4^ 2.2.3.9 用户定义的光线 65 0zeUP{MQ 2.2.4方向类型 68 uk`T+@K 2.2.4.1像散焦距 68 KqN!?anPr 2.2.4.2像散高斯光束 69 r_4TtP&UW 2.2.4.3焦点到/来自一点 70 i Td-n9 2.2.4.4 多光源的角(平面波) 72 25x cD1* 2.2.4.5 多光源的位置 73 /a@ k S 2.2.4.6 角度范围内的随机方向(光线) 74 CnabD{uTf 2.2.4.7 球体内的随机方向(光线) 76 >?S\~Y 2.2.4.8 单向 77 "#*Nnt 2.2.4.9 角度空间内构成六角形格子点的方向(光线) 79 ^F>4~68d 2.2.4.10 构成线性格子点的方向(光线) 80 NNwc!x)* 2.2.4.11 激光二极管光束方向 81 ~k9O5S{ 2.2.4.12根据强度分布的随机光线方向 82 F|ETug
n 2.2.4.13 M2激光束方向 83 CfQf7- 2.3 光源标签 84 }C=Quy%Z< 2.3.1 相干 84 'eqiYY| 2.3.2 位置/坐标 86 @q,)fBZq 2.3.3 偏振 88 )yHJ[ 2.3.4 位置/方向 89 j._G7z/LJ 2.3.5 功率 93 ?K0U3V$s 2.3.6 视觉效果 94 joe9.{ 2.3.7 波长 96 FI\IY
R 2.4 切趾光源 99 fCLcU@3W? 2.4.1 位置切趾 99 -r!42`S 2.4.1.1振幅/相位掩模板 99 /
>%L[RJ4 2.4.1.1.2 掩膜板大小 101 j2M4H@ 2.4.1.2 高斯切趾 101 K6E}";; 2.4.1.3 R^n距离 104 F#6cF=};@ 2.4.1.4均匀 106 >W'j9+Va 2.4.2 方向切趾 108 [1NaH 2.4.2.1 cos^n 或 sin^n 108 <lFdexH"T 2.4.2.2逆朗伯 110 8fnR1mWG 2.4.2.3高斯 113 ]K7`-p~T 2.4.2.4郎伯 115 (/'h4KS@ 2.4.2.5取样(球形角) 118 :JR<SFjm 2.4.2.6均匀 121 FS8S68 2.4.3光线导入选项 123 @\ }sb] 2.4.4数字化光源光谱 123 jM*AL
X 2.4.5部分相干 125 7k `_# 2.4.6 场重新取样 125 3:UA<&=s 2.4.7场重新取样(图形用户界面) 126 ^b=XV&{q 第三章 几何体议题与例子 128 K${}r0 3.1 创建新曲面 129 VQ2Fnb4 3.1.1 编辑/查看曲面 132 oB4#J* 3.1.2 应用孔径,裁剪体与裁剪对象 134 2sUbiDe- 3.1.2.1裁剪体与裁剪对象 137 sv'
Gt1&"Z 3.1.2.2裁剪逻辑操作 139 z4g+2f7h-X 3.1.3 应用位置 149 D%A@lMru 3.1.4 应用胶合 152 d4J<, 3.1.5 应用光栅 154 #'C/Gya 3.1.6 曲面类型 161 )U'yUUi 3.1.7 应用可视化属性 164 $R"; 3.1.8 应用曲面变形 166 E[UO5X
3.1.9 材料 171 HM):" 3.1.10 散射特性 173 IQIbz{bMx 3.1.11 辅助数据 180 dsK/6yu 3.2 ASAP™导入 180 @LcT-3 u 3.3 CAD导入 182 lj*8mS/;h 3.4创建几何实体 186 8^y= H= 3.4.1 透镜导入 187 Ae6("Oid 3.4.2 透镜及反射镜建立 190 LP ,9<&"< 3.4.3 从目录中插入棱镜 193 Mm.Ql 3.4.4 棱镜 196 W<Z$YWr 3.4.5 元件基元 200 847 R
3.4.6 布尔运算 207 PRwu 3.5 新自定义元件 211 !_dR' 3.6 元件与自定义元件的比较 215 ]%Y\ZIS 3.7 方向余弦 216 9\>sDSCx 3.8 IGES对象类型标号和标题 217 !y%+GwoW 第四章 曲线与基于曲线的曲面 225 x<@kjfm5 4.1 曲线 226
fe';b[q)# 4.2 曲面类型 234 9^!wUwB 4.3 复杂曲面孔径:孔径曲线集合 239 .uKx>YB} 4.4 曲线可视化 256 odpUM@OAW 第五章 分析面及其实例 257 2m\m/O 5.1 创建分析平面 258 7b46t2W< 5.2 光线选择标准 267 .gq(C9<B[ 5.3 粘附分析平面 271 Ft)
lp>3gv 5.4 探测器实体 274 tOM(U-7Z& 5.5 分析面尺寸 279 e/>:K' { 第六章 材料设定与定义 280 ]~8v^A7u 6.1 材料定义 281 &n|*uLn
6.2 材料类型 284 J\{$ot 6.3 编辑/创建新取样材料 287 ;E#\ 6.4 编辑/创建新模型材料 295 Q&PB]D{ 6.5 添加体散射 300 &bLC(e] 6.5.1 Henyey-Greenstein散射 301 sB6dpD 6.5.2 脚本体散射 303 Gqt-_gga 6.6 材料吸收特性 305 !}5*?k
g 6.7 光线追迹胶合层 308 xr.XU' 第七章 镀膜 310 _f3
WRyN0 7.1 新建镀膜 311 4V$fGjJ3 7.2 应用光线控制和镀膜 318 .=XD)>$ 7.3 编辑或创建新的一般取样镀膜 321 LN^UC$[tk 7.4 编辑或创建新的薄膜层镀膜 330 30_ckMG"g 7.5 未镀膜(裸露)曲面 338 > :Ze4}( 7.6 编辑或创建新的偏光器/波片镀膜 342 !| xZ6KV 7.7 取样镀膜(波长、R、T) 354 wbi3lH:; 7.8 1/4波单层镀膜 357 Qn.[{rw 7.9 脚本镀膜 358 $O9Xx 8.1新建散射属性 360 M6Pw/S! 8.2编辑/创建新散射模型 371 ,H39V+Y* 8.2.1散射模型 – ABg 371 XsUUJuCG 8.2.2散射模型 – 平滑黑色涂料 376 ],[)uTZc 8.2.3散射模型 – Harvey-Shack 381 9P.(^SD][z 8.2.4散射模型 – 朗伯型 388 J>%t<xYf4 8.2.5散射模型 – Mie 393 d0
-~|`5 8.2.6散射模型 – 列表数据 404 M3(k'q7&: 8.2.7散射模型 – K-系数 409 6Y7H|>g) 8.2.8散射模型 – Phong 413 C),7- ? 8.2.9散射模型 – 薄片PSD 419 M4?8xuC 8.2.10散射模型 – 漫反射二项式 422 Jq
.L:>x
8.2.11散射模型 – 漫反射多项式 424 `G?qY8 8.2.12散射模型 – 扩展 Harvey Shack 426 n+;vjVS% 8.2.13散射模型 – 脚本散射 426 q8sbn 8.2.14散射模型 – 扩展脚本散射 430 [bjN
f2 第九章 光线追迹属性 432 \A<v=VM| 9.1 光线追迹控制 433 -eml 9.2 默认光线追迹控制 440 #hJQbv=B" 9.2.1默认光线追迹控制 – 允许全部 440 Au5rR>W 9.2.2默认光线追迹控制 – 暂停全部 444 R#qI(V 9.2.3默认光线追迹控制 – 反射光谱 448 O?ktWHUx 9.2.4默认光线追迹控制 –透射光谱 452 wqy^8N[K] 9.3 高级光线追迹 456 5/MED}9C( 9.4 光线追迹菜单命令 462 T'1gy} 第十章 光谱 463 l}}UFEA^ 10.1创建光谱命令 464 VVuR+=.& 10.2光谱概述 465 KG8W8&q 10.2.1黑体 466 <9ifPSvJ 10.2.2高斯 468 yC
!/PQ" 7petHi 10.2.3采样 469 = .`jjDJ l67KJ 光学工程仿真软件-FRED操作手册 全新改版(下) )a cV-+{ w`gyE
6A +\`rmI M"U OgS 目 录 M35Ax],:^ 第十一章 数字化工具: 472 6I |A-h 镀膜、材料、光源光谱与曲线 472 #?&0D>E?k 第十二章 重点采样 480 8h.V4/? 12.1 如何进行重点采样 480 {TAw)!R~ 12.2 自动计算散射重点采样 483 M{Gxjmdx 12.3 分析散射重点采样对话框 485 !/hsJ9 第十三章 表面类型 488 C1QV[bJK 第十四章 波分解 550 EJm4xkYLj1 第十五章 FRED内的不同主题 556 6G_<2bO 15.1 偏振引起的色分离 556 2z\;Q8g){r 15.2 高等孔径对话框 560 [B9 ;?G 15.3 圆形/正方形区域值对话框 563 P`"mM?u 15.4 实体阵列对话框 565 -BhTkoN) 15.5 拟合数据到漫射二项式/多项式函数对话框 571 qLjT.7 .x 15.6 傅立叶变换分析 574 P5?<_x0v4b 15.7 生成IES输出对话框 575 ,X/- 15.8 全局脚本变量对话框 582 }9&9G% 15.9 胶合曲面对话框 583 n%$ &=-Fk 15.10 追迹目标光线对话框 586 NL!9U,h5| 15.11 搜索供应商目录对话框 589 Gv~p 15.12 创建/编辑透镜 591 z~Na-N 15.13 新材料对话框 601 lf$Ve 15.14 材料表/选择对话框 606 !LIlt`ag9 15.16 新镜面 607 T20VX 8gX 第十六章 FRED菜单命令 612 r:9gf?(& 16.1 文件 612 $j*Qo/xd 16.2 编辑 635 g1|w? pI1 16.3 视图 637 N.hzKq][ 16.4 工具 642 Zdn!qyR` 16.5 3D视图 655 YYUe)j{T 16.6 光线追迹 679 <z) E(J\ 16.7 创建 697 W`L!N&fB 16.8 分析 717 `\b+[Nes 16.9 优化 762 3f&|h^\nD 16.10 帮助 768 NP_?f%( 第十七章 图形参数设置 776 |4C^$ 17.1 图轴标记对话框 776 I>"Ci(N 17.2 镀膜图设置对话框 777 =2 jhII 17.3 BSDF 3D图设置对话框 779 ~&g a1r2v? 17.4 改变FRED图,轴和可视化属性 783 P(ZQDTbM
: 17.5 背景网格对话框 797 wk[
wNIu 第十八章 – 范例 803 ~UPZ< 例1 – FRED内的MTF计算 803 'Q|c@t 例2 – 若丹明荧光粉(一种红色荧光粉)6G 810 N"c(e6 例3 – 偏振分离颜色 816 <Ar$v'W=F{ 例4 – 反向散射 820 _T*AC. 例5 – 光纤耦合 823 ]~jN^"o_B 例6 – PETZVAL(匹兹伐)系统鬼像分析实例 853 wahZK~,EaY 例7 – 卡塞格伦望远镜 872 9l
!S9d 例8 – LED发光颜色优化 908 ][:rLs 例9 – 创建一个衍射光学元件 916 8^ #mvHah 例10 – FRED脚本教程 924 n1J]p#nCa. 第十九章 – 排错驱动器与显卡问题 930 pP.'wSj NFyMY#\] 第二十章 – FRED与SAFENET兼容 935 qrBZvJU 价 格:500元 fx?$9(r, = `t^~.5 光学工程仿真软件FRED速成 LmLGki$w 光学工程仿真软件FRED速成实物拍摄 ]gP5f @` 书籍目录: JN[0L: PT]GJ<K/ 序:国立高雄应用科技大学 电机工程研究所 李孝贻 教授 *g$i5!yM' `W5-.Tv 序:工业技术研究院 量测发展技术中心暨国家度量衡实验室 资深研究员 许正治 博士 O\Eqr?%L) wNDbHR 第一章 马克苏托夫(Maksutov)望远镜系统设计范例-----------------------------------------------------------------------1 @d&H]5 vsMmCd)7U 第二章 反射罩与积分柱的应用----------------------------------------------------------------------------------------------41 n=!uNu7 GyC)EFd 第三章 孔径(Aperture)与削切(Trimming)范例----------------------------------------------------------------------88 2wlKBSON ,8VU&?`<} 第四章 自定对象范例(Custom Elements Example)--------------------------------------------------------------------164 AW8'RfC. (Hp' B))2 第五章 图片离散取点--------------------------------------------------------------------------------------------------------195 gH7z 8r:M*25 第六章 扫描仪(Scanner)范例--------------------------------------------------------------------------------------------217 .6.^G ;=~Xr"(/z 第七章 进阶设定范例--------------------------------------------------------------------------------------------------------255 &Lj@9\Dh reiU%C 第八章 LED 光源的建立-----------------------------------------------------------------------------------------------------293 UA-7nb ..qd,9H 第九章 手机背光模块设计案例---------------------------------------------------------------------------------------------323 $8=@R' !Q%P%P<$ FRED 的主题范例与白皮书-------------------------------------------------------------------------------------------------373 K+d2m9C= ]?<n#=eW FRED 特色:生物医学-------------------------------------------------------------------------------------------------------408 Vxdp| }iww:H-1 价 格:398元对书籍有兴趣可以扫码加微联系 :tj-gDa\Y
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