书籍推荐 | 光学工程仿真软件-FRED操作手册(上、下册)

光学工程仿真软件－FRED操作手册 全新改版（上）

前 言 

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。

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。

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。

本书中存在的不足之处，敬请读者不吝指正。

目  录 

第一章 FRED概述1

1.1 WHAT IS FRED？1

1.2 FRED与传统软件之间有什么不同？1

1.3 FRED名词术语1

1.4 FRED用户界面5

第二章 光源12

2.1 简易光源12

2.1.1 简易光源的建立12

2.1.2 复杂光源(简易光源对话框内)13

2.1.3 准直光源（平面波）14

2.1.4 激光二极管光束（像散高斯）16

2.1.5 激光光束（TEM00模式）18

2.1.6 点光源21

2.1.7 M2高斯光束22

2.1.8 相干光24

2.2 复杂光源37

2.2.1复杂光源的创建与编辑37

2.2.2创建新的与编辑/查看复杂光源对话框38

2.2.3光源位置类型39

2.2.3.1位图39

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

2.2.3.3六角形平面42

2.2.3.4 字符串光源42

2.2.3.5光源文件的输入44

2.2.3.6随机平面45

2.2.3.6随机字符串45

2.2.3.7随机表面47

2.2.3.8随机体积48

2.2.3.9 用户定义的光线49

2.2.4方向类型52

2.2.4.1像散焦距52

2.2.4.2像散高斯光束53

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

2.2.4.5 多光源的位置56

2.2.4.6 角度范围内的随机方向（光线）57

2.2.4.7 球体内的随机方向（光线）58

2.2.4.8 单向59

2.2.4.9 角度空间内构成六角形格子点的方向（光线）61

2.2.4.10 构成线性格子点的方向（光线）62

2.2.4.11 激光二极管光束方向63

2.2.4.12根据强度分布的随机光线方向64

2.2.4.13 M2激光束方向65

2.3 光源标签65

2.3.1 相干65

2.3.2 位置/坐标67

2.3.3 偏振69

2.3.4 位置/方向70

2.3.5 功率72

2.3.6 视觉效果74

2.3.7 波长75

2.4 切趾光源77

2.4.1 位置切趾77

2.4.1.1振幅/相位掩模板77

2.4.1.1.2 掩膜板大小78

2.4.1.2 高斯切趾79

2.4.1.3 R^n距离81

2.4.1.4均匀83

2.4.2 方向切趾85

2.4.2.1 cos^n 或 sin^n85

2.4.2.2逆朗伯87

2.4.2.3高斯90

2.4.2.4郎伯91

2.4.2.5取样（球形角）93

2.4.2.6均匀95

2.4.3光线导入选项97

2.4.4数字化光源光谱97

2.4.5部分相干99

2.4.6 场重新取样99

2.4.7场重新取样（图形用户界面）99

第三章 几何体议题与例子102

3.1 创建新曲面102

3.1.1 编辑/查看曲面103

3.1.2 应用孔径，裁剪体与裁剪对象106

3.1.2.1裁剪体与裁剪对象108

3.1.2.2裁剪逻辑操作110

3.1.3 应用位置118

3.1.4 应用胶合120

3.1.5 应用光栅121

3.1.6 曲面类型125

3.1.7 应用可视化属性127

3.1.8 应用曲面变形129

3.1.9 材料133

3.1.10 散射特性134

3.1.11 辅助数据139

3.2 ASAP™导入139

3.3 CAD导入141

3.4创建几何实体145

3.4.1 透镜导入145

3.4.2 透镜及反射镜建立147

3.4.3 从目录中插入棱镜150

3.4.4 棱镜151

3.4.5 元件基元156

3.4.6 布尔运算161

3.5 新自定义元件164

3.6 元件与自定义元件的比较167

3.7 方向余弦168

3.8 IGES对象类型标号和标题169

第四章 曲线与基于曲线的曲面176

4.1 曲线176

4.2 曲面类型182

4.3 复杂曲面孔径：孔径曲线集合187

4.4 曲线可视化201

第五章 分析面及其实例203

5.1 创建分析平面203

5.2 光线选择标准210

5.3 粘附分析平面214

5.4 探测器实体216

5.5 分析面尺寸219

第六章 材料设定与定义221

6.1 材料定义221

6.2 材料类型224

6.3 编辑/创建新取样材料226

6.4 编辑/创建新模型材料232

6.5 添加体散射236

6.5.1 Henyey-Greenstein散射236

6.5.2 脚本体散射238

6.6 材料吸收特性239

6.7 光线追迹胶合层241

第七章 镀膜243

7.1 新建镀膜243

7.2 应用光线控制和镀膜248

7.3 编辑或创建新的一般取样镀膜250

7.4 编辑或创建新的薄膜层镀膜258

7.5 未镀膜（裸露）曲面263

7.6 编辑或创建新的偏光器/波片镀膜266

7.7 取样镀膜（波长、R、T）276

7.8 1/4波单层镀膜277

7.9 脚本镀膜278

第八章 散射281

8.1新建散射属性281

8.2编辑/创建新散射模型290

8.2.1散射模型 – ABg290

8.2.2散射模型 – 平滑黑色涂料294

8.2.3散射模型 – Harvey-Shack298

8.2.4散射模型 – 朗伯型304

8.2.5散射模型 – Mie308

8.2.6散射模型 – 列表数据316

8.2.7散射模型 – K-系数320

8.2.8散射模型 – Phong323

8.2.9散射模型 – 薄片PSD327

8.2.10散射模型 – 漫反射二项式330

8.2.11散射模型 – 漫反射多项式331

8.2.12散射模型 – 扩展 Harvey Shack333

8.2.13散射模型 – 脚本散射333

8.2.14散射模型 – 扩展脚本散射336

第九章 光线追迹属性338

9.1 光线追迹控制338

9.2 默认光线追迹控制344

9.2.1默认光线追迹控制 – 允许全部344

9.2.2默认光线追迹控制 – 暂停全部347

9.2.3默认光线追迹控制 – 反射光谱350

9.2.4默认光线追迹控制 –透射光谱353

9.3 高级光线追迹356

9.4 光线追迹菜单命令361

第十章 光谱363

10.1创建光谱命令363

10.2光谱概述364

10.2.1黑体365

10.2.2高斯365

10.2.3采样367

目  录

第十一章 数字化工具：镀膜、材料、光源光谱与曲线369

第十二章 重点采样376

12.1 如何进行重点采样376

12.2 自动计算散射重点采样378

12.3 分析散射重点采样对话框380

第十三章 表面类型383

第十四章 波分解434

第十五章 FRED内的不同主题438

15.1 偏振引起的色分离438

15.2 高等孔径对话框441

15.3 圆形/正方形区域值对话框444

15.4 实体阵列对话框444

15.5 拟合数据到漫射二项式/多项式函数对话框449

15.6 傅立叶变换分析451

15.7 生成IES输出对话框453

15.8 全局脚本变量对话框459

15.9 胶合曲面对话框459

15.10 追迹目标光线对话框461

15.11 搜索供应商目录对话框464

15.12 创建/编辑透镜466

15.13 新材料对话框474

15.14 材料表/选择对话框477

15.16 新镜面479

第十六章 FRED菜单命令482

16.1 文件482

16.2 编辑501

16.3 视图503

16.4 工具507

16.5 3D视图517

16.6 光线追迹536

16.7 创建551

16.8 分析567

16.9 优化603

16.10 帮助607

第十七章 图形参数设置614

17.1 图轴标记对话框614

17.2 镀膜图设置对话框614

17.3 BSDF 3D图设置对话框616

17.4 改变FRED图，轴和可视化属性620

17.5 背景网格对话框631

第十八章 – 范例636

例1 – FRED内的MTF计算636

例2 – 若丹明荧光粉（一种红色荧光粉）6G642

例3 – 偏振分离颜色648

例4 – 反向散射651

例5 – 光纤耦合654

例6 – PETZVAL（匹兹伐）系统鬼像分析实例676

例7 – 卡塞格伦望远镜693

例8 – LED发光颜色优化722

例9 – 创建一个衍射光学元件728

例10 – FRED脚本教程737

第十九章 – 排错驱动器与显卡问题741

第二十章 – FRED与SAFENET兼容745