FRED实例：自由曲面‐高斯叠加面的设计与优化

What is FRED？

■ 光机系统一体的设计分析工具

■ 杂光分析

■ 相干光传播

■ 成像系统设计和照片真实渲染

■ 虚拟机

■ 光机系统调试（法医3D光学）

■ 自辐射热分析

■ 照明设计

■ 公差、装配和测试

■ 序列和非序列光线追迹模式

■ 多变量优化能力

Introduction

自由曲面

■ 文献定义:

 任何非旋转对称面*

 对称面绕任何轴旋转,非它的对称轴

■ 非正式:任何非传统的表面(如 NURBS、超高斯变形面)

■ 越来越多地用于光学系统的设计:

 非成像:接近规范

 成像:越来越多的用于校正像差

高斯叠加面的定义

应用案例

激光光束整形

光源：高斯光束TEM00

 

目标：平顶光束均匀分布

 

方法：超高斯曲面可用来整形高斯光束轮廓

光源：高斯光束TEM00

 

六边形格子光源,光源为相干光

 

高斯叠加面的定义

操作界面

优化变量：改变这些超高斯面的参数，用FRED优化自由曲面变的非常简单。

优化函数：1、Irradiance Variance 2、Total Maximized Power

优化方法：非线性单纯法；迭代次数50；

优化前后的照度对比：

光路分析

超高斯面实例 ——模拟表面产生的随机缺陷

 

制造中表面产生的随机缺陷

超高斯面实例——抛物线槽型聚光集热器

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