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光学工程仿真软件-FRED操作手册 全新改版(上) L9Gxqw :@H&v%h(u 前 言 :"pA0oB 9ne13qVm+ uIO<6p) 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。 +v7mw<6s 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。 +oT/ v3, 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。 IJ`%Zh{f 本书中存在的不足之处,敬请读者不吝指正。 !M&Qca2 S3G9/
#nv =x&g 作者 讯技光电科技有限公司 目 录 P&s-U6 \:To>A32 ZB5:FtW4 第一章 FRED概述 1 XIAHUT5~J 1.1 WHAT IS FRED? 1 E W{vF| 1.2 FRED与传统软件之间有什么不同? 1 1@}`dc 1.3 FRED名词术语 1 d\_$Nb* 1.4 FRED用户界面 5 cen[|yCtOH 第二章 光源 12 007(k"=oV 2.1 简易光源 12 p:GB"e9>H 2.1.1 简易光源的建立 12 %ZajM 2.1.2 复杂光源(简易光源对话框内) 13 m4<5jC`-M 2.1.3 准直光源(平面波) 14 7l%]/`Y- 2.1.4 激光二极管光束(像散高斯) 16 x2m*0D~ 2.1.5 激光光束(TEM00模式) 18 `k 5'nnyP 2.1.6 点光源 21 sr=~Uq{g 2.1.7 M2高斯光束 22 <;R}dlBASW 2.1.8 相干光 24 :?*|D p1 2.2 复杂光源 37 Ju"*;/ 2.2.1复杂光源的创建与编辑 37 !m*
YPY31 2.2.2创建新的与编辑/查看复杂光源对话框 38 |A'y|/)#Z 2.2.3光源位置类型 39 i1OF@~? 2.2.3.1位图 39 7Ntt#C;]U 2.2.3.2格子平面(创建新的与编辑/查看复杂光源对话框) 40
WB7pdSZ 2.2.3.3六角形平面 42 +4N7 _Y 2.2.3.4 字符串光源 42 =41g9UQ 2.2.3.5光源文件的输入 44 iE~][_%U 2.2.3.6随机平面 45 /3VSO"kcZ 2.2.3.6随机字符串 45 2+2Gl7" s 2.2.3.7随机表面 47 h2b,( 2.2.3.8随机体积 48 R-~ZvVw7L 2.2.3.9 用户定义的光线 49 8%@![$q<g 2.2.4方向类型 52 Q=,6W:j 2.2.4.1像散焦距 52
xe~lV 2.2.4.2像散高斯光束 53 _XO3ml\x@ 2.2.4.3焦点到/来自一点 54 _{]\} =@ 2.2.4.4 多光源的角(平面波) 55 eVXlQO 2.2.4.5 多光源的位置 56 2~*J<iO&l 2.2.4.6 角度范围内的随机方向(光线) 57 t==CdCl 2.2.4.7 球体内的随机方向(光线) 58 pn:) Rq0 2.2.4.8 单向 59 ]WsQ= 2.2.4.9 角度空间内构成六角形格子点的方向(光线) 61 *[P"2b# 2.2.4.10 构成线性格子点的方向(光线) 62 z^ai * 2.2.4.11 激光二极管光束方向 63 J@Qt(rRxi 2.2.4.12根据强度分布的随机光线方向 64
$:7T 2.2.4.13 M2激光束方向 65 95wi~^^ 2.3 光源标签 65 6/%dD DU 2.3.1 相干 65 ,m`> 2.3.2 位置/坐标 67 )}/ ycTs 2.3.3 偏振 69 vDeb?n 2.3.4 位置/方向 70 fI_I0dc.p 2.3.5 功率 72 wNk 0F7Ck 2.3.6 视觉效果 74 lR[]A 2.3.7 波长 75 /#lqv)s' 2.4 切趾光源 77 z!M8lpIM 2.4.1 位置切趾 77 un)YK 2.4.1.1振幅/相位掩模板 77 7CK3t/3D 2.4.1.1.2 掩膜板大小 78 '^npZa'%sW 2.4.1.2 高斯切趾 79 Qb.Ve7c 2.4.1.3 R^n距离 81 .+@;gVZx1 2.4.1.4均匀 83 z(8:7 G 2.4.2 方向切趾 85 q)m0n237P 2.4.2.1 cos^n 或 sin^n 85 )U?5O$M;lE 2.4.2.2逆朗伯 87 nQtp 4 2.4.2.3高斯 90 k%|Sl>{Ir 2.4.2.4郎伯 91 D('
w<9. 2.4.2.5取样(球形角) 93 iF_#cmSy$ 2.4.2.6均匀 95 ,cesQ
ou 2.4.3光线导入选项 97 1?oX" 2.4.4数字化光源光谱 97 c*k%r2' 2.4.5部分相干 99 b%-S'@ew 2.4.6 场重新取样 99 \~(scz$ 2.4.7场重新取样(图形用户界面) 99 I1a>w=x!+ 第三章 几何体议题与例子 102 ma gZmY~ 3.1 创建新曲面 102 ~l^Q~W-+ 3.1.1 编辑/查看曲面 103 ?xRx|_}e 3.1.2 应用孔径,裁剪体与裁剪对象 106 e#5LBSP 3.1.2.1裁剪体与裁剪对象 108 j_\?ampF 3.1.2.2裁剪逻辑操作 110 !:GlxmtoW? 3.1.3 应用位置 118 I<``d Ne9Q 3.1.4 应用胶合 120 1@i|[dq 3.1.5 应用光栅 121 6H #4iMeh 3.1.6 曲面类型 125 Fuz'! 3.1.7 应用可视化属性 127 (/^s?`1{N? 3.1.8 应用曲面变形 129 a7?)x])e 3.1.9 材料 133 [J{M'+a 3.1.10 散射特性 134 Q|6lp 3.1.11 辅助数据 139 ?_@_NV MY 3.2 ASAP™导入 139 k(]R;`f$W 3.3 CAD导入 141 $M0F~x 3.4创建几何实体 145 #hQ#_7 3.4.1 透镜导入 145 tQ@%3` 3.4.2 透镜及反射镜建立 147 qDVt 3.4.3 从目录中插入棱镜 150 UGb<&) 3.4.4 棱镜 151 B&M-em= 3.4.5 元件基元 156 r=J+ 3.4.6 布尔运算 161 5Y3L 3.5 新自定义元件 164 YAc~,N 3.6 元件与自定义元件的比较 167 QMz6syn4u 3.7 方向余弦 168 TpSv7k T] 3.8 IGES对象类型标号和标题 169 k$ORV U 第四章 曲线与基于曲线的曲面 176 #H5i$ o 4.1 曲线 176 XaxM$ 4.2 曲面类型 182 Fs3rsig 4.3 复杂曲面孔径:孔径曲线集合 187 MB!_G[R
4.4 曲线可视化 201 9K6G% 第五章 分析面及其实例 203 FB>^1B]] 5.1 创建分析平面 203 <b,oF]+;z 5.2 光线选择标准 210 QF74' 5.3 粘附分析平面 214 Qf
.ASC 5.4 探测器实体 216 )ZQ>h{}D 5.5 分析面尺寸 219 WSKubn?7B 第六章 材料设定与定义 221 (>R 6.1 材料定义 221 [gybdI5wur 6.2 材料类型 224 Wp
|qv 6.3 编辑/创建新取样材料 226 j(>~:9I` 6.4 编辑/创建新模型材料 232 L|*0
A=6 6.5 添加体散射 236 j`o_Stbg 6.5.1 Henyey-Greenstein散射 236 g.wDg 6.5.2 脚本体散射 238 L>>RboR} 6.6 材料吸收特性 239 ;_oJGII?br 6.7 光线追迹胶合层 241 0|=,!sY 第七章 镀膜 243 /7CV7=^d, 7.1 新建镀膜 243 DCheG7lo{ 7.2 应用光线控制和镀膜 248 IyPk3N 7.3 编辑或创建新的一般取样镀膜 250 w2(pgWed 7.4 编辑或创建新的薄膜层镀膜 258 [X7KlS9x2 7.5 未镀膜(裸露)曲面 263 b uu /Nz$ 7.6 编辑或创建新的偏光器/波片镀膜 266 8JFvz(SK> 7.7 取样镀膜(波长、R、T) 276 sd,KB+) 7.8 1/4波单层镀膜 277 #WlTE& 7.9 脚本镀膜 278 |6O7_U#q 第八章 散射 281 z4iTf8 8.1新建散射属性 281 @d1YN]ede 8.2编辑/创建新散射模型 290 M?ObK#l!_ 8.2.1散射模型 – ABg 290 ]I[\Io 1 8.2.2散射模型 – 平滑黑色涂料 294 Ef]<0Tm]: 8.2.3散射模型 – Harvey-Shack 298 /_D_W,#P 8.2.4散射模型 – 朗伯型 304 'o]kOp@q 8.2.5散射模型 – Mie 308 c2RQwtN| 8.2.6散射模型 – 列表数据 316 {bP
)Fon 8.2.7散射模型 – K-系数 320 !Pc&Sg 8.2.8散射模型 – Phong 323 ]pq(Q:"P,5 8.2.9散射模型 – 薄片PSD 327 /iw$\F |8 8.2.10散射模型 – 漫反射二项式 330 hQ@E2 Xsv 8.2.11散射模型 – 漫反射多项式 331 'D:R]@eK] 8.2.12散射模型 – 扩展 Harvey Shack 333 #;])/8R% 8.2.13散射模型 – 脚本散射 333 QF4)@ r{2x 8.2.14散射模型 – 扩展脚本散射 336 WI6h
G 第九章 光线追迹属性 338 |*%i]@V= 9.1 光线追迹控制 338 (&!RX.i 9.2 默认光线追迹控制 344 x+8%4]u` 9.2.1默认光线追迹控制 – 允许全部 344 Mc9J Fzp 9.2.2默认光线追迹控制 – 暂停全部 347 &Sdf0" 9.2.3默认光线追迹控制 – 反射光谱 350 H#/Hs# 9.2.4默认光线追迹控制 –透射光谱 353 c\le8C3 9.3 高级光线追迹 356 +'0V6\y 9.4 光线追迹菜单命令 361 N#p%^GH 第十章 光谱 363 dJF3]h Y 10.1创建光谱命令 363 j@s* hZ^J+ 10.2光谱概述 364 8.zYa(<2 10.2.1黑体 365 ,v#O{ma 10.2.2高斯 365 T$"sw7< 10.2.3采样 367 n/ZX$?tKAK jR2^n`D nt_FqUJ 光学工程仿真软件-FRED操作手册 全新改版(下) +yI2G!
$T9 SajasjE!^1
/d*[za'0 )8`i%2i= 目 录 MG,)|XpyWJ ]YrgkC35 第十一章 数字化工具:镀膜、材料、光源光谱与曲线 369 ( _3QZ 第十二章 重点采样 376 7nPjeh 12.1 如何进行重点采样 376 OK(xG3T 12.2 自动计算散射重点采样 378 +Kp8X53 12.3 分析散射重点采样对话框 380 6>gm!6` 第十三章 表面类型 383 zyB>peAp6j 第十四章 波分解 434 5c0$oyl)M 第十五章 FRED内的不同主题 438 NXMZTZpB7 15.1 偏振引起的色分离 438 S.; ahce 15.2 高等孔径对话框 441 .#}A/V.-Y 15.3 圆形/正方形区域值对话框 444 '<U4D 15.4 实体阵列对话框 444 ?=,7'@e 15.5 拟合数据到漫射二项式/多项式函数对话框 449 ~NTKWRaR 15.6 傅立叶变换分析 451 CT/>x3o 15.7 生成IES输出对话框 453 9\VV++}s>o 15.8 全局脚本变量对话框 459 Fh4Exl@6 15.9 胶合曲面对话框 459 .cz7jD
15.10 追迹目标光线对话框 461 ^"iJ 15.11 搜索供应商目录对话框 464 *z^Au7,& 15.12 创建/编辑透镜 466 Dxe]LES\] 15.13 新材料对话框 474 1}~ZsrF 15.14 材料表/选择对话框 477 bPIo9clq 15.16 新镜面 479 2^qJ'<2]M 第十六章 FRED菜单命令 482 Rh%A^j@ 16.1 文件 482 +k V$ @qH 16.2 编辑 501 JfRLqA/ 16.3 视图 503 _BoA&Ism 16.4 工具 507 9&zQ5L> 16.5 3D视图 517
i (`Q{l 16.6 光线追迹 536 p}e| E! 16.7 创建 551 ,n`S
, 16.8 分析 567 n5y0$S/D 16.9 优化 603 M5P3; 16.10 帮助 607 ?:6w6GwAA 第十七章 图形参数设置 614 6,!$S2(zT 17.1 图轴标记对话框 614 U,8mYv2| 17.2 镀膜图设置对话框 614 _zkTx7H 17.3 BSDF 3D图设置对话框 616 "jf_xZ$H- 17.4 改变FRED图,轴和可视化属性 620 "5v^6R9e 17.5 背景网格对话框 631 r::0\{{r"p 第十八章 – 范例 636 b#*"eZj 例1 – FRED内的MTF计算 636 ,ZVhL* " 例2 – 若丹明荧光粉(一种红色荧光粉)6G 642 OVE?;x>n/1 例3 – 偏振分离颜色 648 =
toU?:. 例4 – 反向散射 651 lQv(5hIm 例5 – 光纤耦合 654 ,hZ?]P& 例6 – PETZVAL(匹兹伐)系统鬼像分析实例 676 ]TN/n%\ 例7 – 卡塞格伦望远镜 693 o*3\xg 例8 – LED发光颜色优化 722 B>[myx 例9 – 创建一个衍射光学元件 728 $wbIe"| 例10 – FRED脚本教程 737 !b$]D?=} 第十九章 – 排错驱动器与显卡问题 741 wRZS+^hx 第二十章 – FRED与SAFENET兼容 745 /]of@
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