光學(xué)工程仿真軟件－FRED操作手冊 全新改版（上）
前 言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)軟件有了相當(dāng)長足的進步，對光學(xué)設(shè)計者而言，不僅要牢固掌握光學(xué)的理論知識，還要具備熟練的計算機操作和光學(xué)軟件的使用能力。光學(xué)專業(yè)設(shè)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(xué)引擎軟件。FRED可視化的人機接口將可使設(shè)計者在非常短的時間內(nèi)完成設(shè)計機構(gòu)的雛形，并驗證方案的準確性、最大限度地模擬產(chǎn)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(chǔ)上，新增并調(diào)整了部分章節(jié)的內(nèi)容，第1章增加了FRED名詞術(shù)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(shè)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(nèi)容。第13章調(diào)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(nèi)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(yīng)用。本手冊可做為初學(xué)者在學(xué)習(xí)FRED的參考書籍。為從事光學(xué)科研、設(shè)計、教學(xué)的科技人員、工程人員、廣大教師和高等院校有關(guān)專業(yè)的學(xué)生，及相關(guān)學(xué)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。
作者
訊技光電科技有限公司
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(shù)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(fù)雜光源(簡易光源對話框內(nèi)) 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(fù)雜光源 49
2.2.1復(fù)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(fù)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(fù)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(nèi)的隨機方向（光線） 74
2.2.4.7 球體內(nèi)的隨機方向（光線） 76
2.2.4.8 單向 77
2.2.4.9 角度空間內(nèi)構(gòu)成六角形格子點的方向（光線） 79
2.2.4.10 構(gòu)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(biāo)簽 84
2.3.1 相干 84
2.3.2 位置/坐標(biāo) 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(dǎo)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(yīng)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(yīng)用位置 149
3.1.4 應(yīng)用膠合 152
3.1.5 應(yīng)用光柵 154
3.1.6 曲面類型 161
3.1.7 應(yīng)用可視化屬性 164
3.1.8 應(yīng)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(dǎo)入 180
3.3 CAD導(dǎo)入 182
3.4創(chuàng)建幾何實體 186
3.4.1 透鏡導(dǎo)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(biāo)號和標(biāo)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(fù)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(biāo)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(shè)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(yīng)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(xué)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(nèi)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(biāo)光線對話框 586
15.11 搜索供應(yīng)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(shè)置 776
17.1 圖軸標(biāo)記對話框 776
17.2 鍍膜圖設(shè)置對話框 777
17.3 BSDF 3D圖設(shè)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(nèi)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(xué)元件 916
例10 – FRED腳本教程 924
第十九章 – 排錯驅(qū)動器與顯卡問題 930
第二十章 – FRED與SAFENET兼容 935
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