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。
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2
1.4 fred用户界面7
第二章 光源16
2.1 简易光源16
2.1.1 简易光源的建立16
2.1.2 复杂光源(简易光源对话框内)17
2.1.3 准直光源（平面波）19
2.1.4 激光二极管光束（像散高斯）22
2.1.5 激光光束（tem00模式）24
2.1.6 点光源27
2.1.7 m2高斯光束28
2.1.8 相干光32
2.2 复杂光源49
2.2.1复杂光源的创建与编辑49
2.2.2创建新的与编辑/查看复杂光源对话框51
2.2.3光源位置类型51
2.2.3.1位图51
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
2.2.3.3六角形平面55
2.2.3.4 字符串光源56
2.2.3.5光源文件的输入58
2.2.3.6随机平面60
2.2.3.6随机字符串60
2.2.3.7随机表面62
2.2.3.8随机体积63
2.2.3.9 用户定义的光线65
2.2.4方向类型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焦点到/来自一点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 角度范围内的随机方向（光线）74
2.2.4.7 球体内的随机方向（光线）76
2.2.4.8 单向77
2.2.4.9 角度空间内构成六角形格子点的方向（光线）79
2.2.4.10 构成线性格子点的方向（光线）80
2.2.4.11 激光二极管光束方向81
2.2.4.12根据强度分布的随机光线方向82
2.2.4.13 m2激光束方向83
2.3 光源标签84
2.3.1 相干84
2.3.2 位置/坐标86
2.3.3 偏振88
2.3.4 位置/方向89
2.3.5 功率93
2.3.6 视觉效果94
2.3.7 波长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距离104
2.4.1.4均匀106
2.4.2 方向切趾108
2.4.2.1 cos^n 或 sin^n108
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取样（球形角）118
2.4.2.6均匀121
2.4.3光线导入选项123
2.4.4数字化光源光谱123
2.4.5部分相干125
2.4.6 场重新取样125
2.4.7场重新取样（图形用户界面）126
第三章 几何体议题与例子128
3.1 创建新曲面129
3.1.1 编辑/查看曲面132
3.1.2 应用孔径，裁剪体与裁剪对象134
3.1.2.1裁剪体与裁剪对象137
3.1.2.2裁剪逻辑操作139
3.1.3 应用位置149
3.1.4 应用胶合152
3.1.5 应用光栅154
3.1.6 曲面类型161
3.1.7 应用可视化属性164
3.1.8 应用曲面变形166
3.1.9 材料171
3.1.10 散射特性173
3.1.11 辅助数据180
3.2 asap™导入180
3.3 cad导入182
3.4创建几何实体186
3.4.1 透镜导入187
3.4.2 透镜及反射镜建立190
3.4.3 从目录中插入棱镜193
3.4.4 棱镜196
3.4.5 元件基元200
3.4.6 布尔运算207
3.5 新自定义元件211
3.6 元件与自定义元件的比较215
3.7 方向余弦216
3.8 iges对象类型标号和标题217
第四章 曲线与基于曲线的曲面225
4.1 曲线226
4.2 曲面类型234
4.3 复杂曲面孔径：孔径曲线集合239
4.4 曲线可视化256
第五章 分析面及其实例257
5.1 创建分析平面258
5.2 光线选择标准267
5.3 粘附分析平面271
5.4 探测器实体274
5.5 分析面尺寸279
第六章 材料设定与定义280
6.1 材料定义281
6.2 材料类型284
6.3 编辑/创建新取样材料287
6.4 编辑/创建新模型材料295
6.5 添加体散射300
6.5.1 henyey-greenstein散射301
6.5.2 脚本体散射303
6.6 材料吸收特性305
6.7 光线追迹胶合层308
第七章 镀膜310
7.1 新建镀膜311
7.2 应用光线控制和镀膜318
7.3 编辑或创建新的一般取样镀膜321
7.4 编辑或创建新的薄膜层镀膜330
7.5 未镀膜（裸露）曲面338
7.6 编辑或创建新的偏光器/波片镀膜342
7.7 取样镀膜（波长、r、t）354
7.8 1/4波单层镀膜357
7.9 脚本镀膜358
8.1新建散射属性360
8.2编辑/创建新散射模型371
8.2.1散射模型 – abg371
8.2.2散射模型 – 平滑黑色涂料376
8.2.3散射模型 – harvey-shack381
8.2.4散射模型 – 朗伯型388
8.2.5散射模型 – mie393
8.2.6散射模型 – 列表数据404
8.2.7散射模型 – k-系数409
8.2.8散射模型 – phong413
8.2.9散射模型 – 薄片psd419
8.2.10散射模型 – 漫反射二项式422
8.2.11散射模型 – 漫反射多项式424
8.2.12散射模型 – 扩展 harvey shack426
8.2.13散射模型 – 脚本散射426
8.2.14散射模型 – 扩展脚本散射430
第九章 光线追迹属性432
9.1 光线追迹控制433
9.2 默认光线追迹控制440
9.2.1默认光线追迹控制 – 允许全部440
9.2.2默认光线追迹控制 – 暂停全部444
9.2.3默认光线追迹控制 – 反射光谱448
9.2.4默认光线追迹控制 –透射光谱452
9.3 高级光线追迹456
9.4 光线追迹菜单命令462
第十章 光谱463
10.1创建光谱命令464
10.2光谱概述465
10.2.1黑体466
10.2.2高斯468
10.2.3采样469
光学工程仿真软件－fred操作手册 全新改版（下）
目 录
第十一章 数字化工具：472
镀膜、材料、光源光谱与曲线472
第十二章 重点采样480
12.1 如何进行重点采样480
12.2 自动计算散射重点采样483
12.3 分析散射重点采样对话框485
第十三章 表面类型488
第十四章 波分解550
第十五章 fred内的不同主题556
15.1 偏振引起的色分离556
15.2 高等孔径对话框560
15.3 圆形/正方形区域值对话框563
15.4 实体阵列对话框565
15.5 拟合数据到漫射二项式/多项式函数对话框571
15.6 傅立叶变换分析574
15.7 生成ies输出对话框575
15.8 全局脚本变量对话框582
15.9 胶合曲面对话框583
15.10 追迹目标光线对话框586
15.11 搜索供应商目录对话框589
15.12 创建/编辑透镜591
15.13 新材料对话框601
15.14 材料表/选择对话框606
15.16 新镜面607
第十六章 fred菜单命令612
16.1 文件612
16.2 编辑635
16.3 视图637
16.4 工具642
16.5 3d视图655
16.6 光线追迹679
16.7 创建697
16.8 分析717
16.9 优化762
16.10 帮助768
第十七章 图形参数设置776
17.1 图轴标记对话框776
17.2 镀膜图设置对话框777
17.3 bsdf 3d图设置对话框779
17.4 改变fred图，轴和可视化属性783
17.5 背景网格对话框797
第十八章 – 范例803
例1 – fred内的mtf计算803
例2 – 若丹明荧光粉（一种红色荧光粉）6g810
例3 – 偏振分离颜色816
例4 – 反向散射820
例5 – 光纤耦合823
例6 – petzval（匹兹伐）系统鬼像分析实例853
例7 – 卡塞格伦望远镜872
例8 – led发光颜色优化908
例9 – 创建一个衍射光学元件916
例10 – fred脚本教程924
第十九章 – 排错驱动器与显卡问题930
第二十章 – fred与safenet兼容935
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