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2024-08-20 14:11 |
FRED光学工程软件应用领域介绍
应用领域 R~! md
FRED 运用的领域非常广泛，只要是几何光学可分析的系统皆可使用 FRED 来分析、模拟。常见的应用领域为：照明系统、导光管、投影系统、激光、干涉、杂散光、鬼影分析、生物医学、其它光学系统原型之系统设计等等，无论是简易或是复杂的成像与非成像系统结构，FRED都可以准确的建构及分析。 r"_SL!,^
应用举例 >Q% FW
光机系统设计 3JXKp k?
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FRED可以在它的3D窗口中添加各种光学元件，如透镜/棱镜/偏振片/分光镜等，光源可选类型丰富。不仅如此，除了光学系统的建模，用户甚至可以将机械系统一并整合到FRED中来，并对其光学特性进行针对性的分析和计算，非常接近于真实的系统。 m$WN"kV`,9
如下图所示是马克苏托夫望远镜系统，其设计原理为折反射望远镜（面镜-透镜），设计目的为设计原理为折反射望远镜（面镜-透镜），设计目的为减少离轴的像差，如彗形像差等。 9ELRn@5.
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该系统中的光学元件包括：弯月校正镜、主反射镜、次反射镜、对角棱镜、普罗素目镜等。 PCZ %<>v
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车载雷达-TOF L6n<h
飞行时间技术，简称TOF技术，专用术语，即传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。在这里，我们演示了如何使用FRED来模拟汽车激光雷达。 EB2 5N~7
Fa-F`U@h(m
照明和非成像系统 (c|Ry[$|
可以对光源反射罩或组合透镜的面型进行优化，使得能够在分析面上得到所需的照度分布，而且FRED可以生成照度分布图，便于直观的了解。另外，FRED还可以导入光源的光线文件，生成光线分布列表，快速建立自定义光源。 % h "%G=:
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Ø 反射罩的设计和优化 ' T%70)CM~
左图是一个弧光灯的光线追迹效果，其反射罩面型为抛物线型。反射罩面型定义完成后，可以针对所需的度量值设置变量、评价函数、优化方法等，对反射罩的面型、位置等参数进行优化。下图所示的是优化前后探测面的照度分布。 eiwPp9[08
颜色分析 H`EsFKw\%
选择Color Image可以看到真实的彩色图像，即人眼可观察到的颜色。 Eq6.
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Ø 兼容度高 X\HP&;Wd
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FRED可与LED厂商在线提供的IGES格式、STEP格式文件兼容。并对导入的模型进行修改，让使用者在设计上更自由、灵活。 VK3e(7 b
并可支持科锐、欧司朗、飞利浦照明等多种光源文件的导入，准确地定义LED光源。 ew
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Ø 数字化转换器 RC+`sZ E9
l 对光谱图进行数字化转换，可以导入生成波长列表导入光源。 O ~&j}WN
l 2D的机械渲染图可以进行数字化转换，生成精确的几何模型。 1qd(3A41
l 图形数字的功能还可以应用于镀膜、材料、散射中。 .$N8cYu0
杂散光分析 U~s-'- C /
FRED 可以用来建构任何复杂的结构，并提供给详细的分析结果，也可以精确地模拟出涂黑漆所产生的杂散光效应，看到杂散光的形成及其路径，还可以将杂散光的分析结果分类，导出所需的报表或图形格式。 {bMOT*X=A
Ø 杂散光的来源 JsV-: J
FRED内置了超过14+种散射模型，包括Lambertian、Harvey-Shack、ABg、Mie、Black Paint、K相关系数、scripted scattered等，并且支持用户自定义特殊的散射模型（VB脚本）。 &LD A=B
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Ø Importance Sampling(重点采样) H#FH '@J
处理大量的光线时，FRED可以针对性的对散射光线进行追迹，大大提高追迹的效率。 |$ &v)
Ø 杂散光报告（Stray Light Report） Dio9'&DtC
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FRED可以生成详细的杂散光报告，分析所需的光线路径和成因，对杂散光进行准确快速的分析。 $@@@</VbP
相干光束的传播模拟 Lu9`(+
马赫-曾德干涉仪 @r9[&
FRED可以模拟多种相干光源，并且借助于“相干标量场分析”工具可以分析相干光的空间传播特性。左图是FRED中建立的马赫-曾德干涉仪模型，由准直相干光源、分束镜、平面反射镜、压电式微反射镜阵列、探测分析面等元件组成。 :<i<\TH'
相干光场再现FRED的相干场重新采样特性可以解决相干光线的误差，通过在一个扩展的空间领域再现当前的标量场，并生成一系列新的相干光线。下图是对马赫-曾德干涉仪的相干场的再现分析。 4M*!'sG\
基模及高阶模高斯光束传播分析 I6RF;m:Jw
FRED对分析面的方向设置无限制，因此可以计算沿着传播方向的能量密度，如图是拉盖尔高阶模式纵向和横向的能量密度分布。 WdJJt2'
衍射仿真 jzAXC^FS
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FRED能够模拟计算孔径、挡板和叶片等产生的衍射效应和对光机系统的影响，使得对于光机系统的模拟更接近现实。下图是Cassegrain 望远镜的第二主镜和支持结构等形成的衍射效应的分析 L]#b = Y
生物医学 >o|.0aw<
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FRED光学工程软件是目前最灵活和准确的光机系统设计和分析软件。满足了很多生物医学光学机构的应用需求，可以建立包括以下模型： ;$/]6@bqB
• 内窥镜 0W!S.]^1
• 体层计算扫描 ]/c!;z
• 荧光和组织色散 5 ]l8l+
• 共焦成像系统 / MV2#P@
• 显微镜 vG#,J&aW
• 超光谱系统 %WAaoR&u
• 光束整形 "s.s(TR8
• 偏振光 S- JD}+ 9
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• 光纤传输系统 /n z J`d
Ø 人眼模型 H.#zbKj
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FRED中的分析面不仅仅局限于平面，还可以在球面采集分析数据，生成直观的3D视图。利用此特性，在FRED中可以模拟人眼的视网膜，进行眼视系统的准确分析。 (%SKTM
Ø 人体皮肤模型 ?C* }NM
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FRED中的材料属性中，可以对其体散射进行设定，内置了包括Henyey-Greenstein体散射在内的多种模型可选。 ` 3h, Cy^
红外成像 `tH :oP0=
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FRED可以很容易的使用图形用户界面及内置的脚本语言实现热辐射和热成像，利用辐射测量技术，可以在很短的时间内准确的执行热成像、冷反射、热照度均匀性、自发热辐射。如上图所示是一个热茶壶不同的辐射系数及不同的表面温度分布透过单透镜成像在探测器上的2D照度图。
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光纤耦合效率 'QQa :3<x
J{e`P; ND
FRED可以分析单模和多模光纤耦合效率，并且自动计算出不同位置和角度对应的耦合效率关系。如下图是球形透镜光纤耦合系统和效率对位置的关系图。对于更复杂的光纤（如渐变折射率）和光源，如果知道折射率分布和光源信息，可以定义详细光源和脚本构建渐变折射率材料，并且软件带有多种类型的渐变折射率模型。 z(Q 5?+P
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FRED近场衍射 UKzXz0
FRED偏振和双折射
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