光學工程的案例
強烈推薦｜有了這款光學軟件，光學工程很多問題都將迎刃而解！
今天為大家推薦一款光學軟件，它可以幫助我們解決很多關于光學工程的問題，大家可以試試哦！
光學工程發展概況與應用領域
1997年，在我國光學界泰斗王大珩院士的建議下，國務院學位委員會同意將“光學工程”列為工學一級學科。
作為一門理工交叉的學科，光學工程學科的理論體系得到了不斷地完善與發展，如今光學工程已發展為以光學為主，并與信息科學、能源科學、材料科學、生命科學、空間科學、精密機械與制造、計算機科學及微電子技術等學科緊密交叉和相互滲透的學科。
它包含了許多重要的新興學科分支，如激光技術、光纖通信、光存儲與記錄、光學信息處理、光電顯示、全息和三維成像、薄膜和集成光學、光學與光纖傳感、光探測、激光材料處理和加工、弱光與紅外熱成像、光電測量、現代光學和光電子儀器及器件、光學遙感技術以及綜合光學工程技術等。這些分支不僅使光學工程學科產生了質的飛躍，而且推動建立了一個規模迅速擴大的前所未有的現代光學和光電子產業。
近些年來，在一些重要的領域，信息載體正在由電磁波段擴展到光波段，從而使現代光產業的主體集中在光信息獲取、傳輸、處理、記錄、存儲、顯示和傳感等的光電信息產業上。
這些產業一般具有數字化、集成化和微結構化等技術特征。在傳統的光學系統經不斷地智能化和自動化，從而仍然能夠發揮重要作用的同時，對集傳感、處理和執行功能于一體的微光學系統的研究和開拓光子在信息科學中作用的研究，將成為今后光學工程學科的重要發展方向。
試試這款軟件
FRED是什么軟件？
它運用的領域范圍非常廣泛，能幫助光學人在照明系統、導光管、投影系統、激光、干涉、雜散光、鬼影分析、生物醫學、及其它光學系統原型的系統設計中解決問題。最重要的是！無論簡易或復雜的成像與非成像系統結構， FRED 都可以準確的建構及分析。
展開 光學工程中聰明的技巧
摘要
在光學工程中，高效的計算結果很難通過強力光線追跡來獲得。使用輻射測量學技術，在很短的時間內，可以有效并準確地執行雜散光，照度均勻性和自發熱輻射的計算來追跡必要數量的光線。
關鍵字：照明，輻射度量學，光線追跡，雜散光
1.前言
根據MSNtm Encarta（微軟公司產品）在線詞典，“clever”這個詞是一個形容詞，意為“展示意志力，敏捷性和創造力”?！皌rick”這個詞是一個名詞，意為“一個特殊的、有效或巧妙的技巧，技能或技術”。綜上所述，本文的目的是介紹光學工程領域中聰明的和創造性的使用技巧。
在光學軟件的早期，當開始執行計算時，設計人員和分析師學會了如何高效又富有洞察力的計算。他們必須如此的原因是，在分時享用計算機上進行計算成本很高，而且獲取計算機并不總是很方便。此外軟件開發人員還沒有寫出很多如目前的現代軟件一樣豐富的專門的功能。
現代的軟件提供了無數種計算選擇，這使得很多沒有經驗的用戶相信，每一個問題可以通過按下工具欄上的按鈕而得以解決（圖1）。這是不正確的!
圖1 “圣杯”界面的發展：一個解決了用戶問題的按鈕，…不管它是什么問題。
有幾類問題，僅僅按鈕的解決方案是行不通的。這包括雜散光/離軸抑制計算，照明分析問題（特別是源于特定的視角），自發熱輻射計算及涉及多光束的干涉分析。這篇論文論述了前三類問題。
2.雜散光的計算
例如，讓我們考慮距離地球特定軌道高度上的傳感器的典型雜散光計算案例（圖2）。在這種情況下，傳感器的視線（LOS）是在地球的邊緣之上；LOS與邊緣之間的角度通常稱為“邊緣角”。現在的問題是“到達傳感器FPA（焦平面陣列）的雜散光數量是多少？”
圖2 地球傳感器的幾何結構（不按比例尺測量）。
展開 光學工程仿真軟件FRED
FRED是一套由美國Photon Engineering公司所開發出的光學工程仿真軟件。
作為光機一體化的開發平臺，可以用在光學設計過程中的每一個環節，包括最初的概念驗證，整合光學設計和機械設計，對虛擬原型進行全面分析，對模型參數進行快速公差分析和優化，以及將供應商的目錄集成到軟件中以供加工和系統調試。它的顯示窗口為3D實體顯示工作平臺，具備快速的光線追跡功能，并且可以同時允許63核CPU進行多線程運算及支持多節點分布式計算。
FRED共有三個版本：FRED Standard擁有軟件基本功能；FRED Optimum除了有Standard版本所有功能外，還具備優化功能和分布式計算的功能，計算速度更快；FRED MPC除了有Optimum版本所有的功能外，還能利用GPU進行計算，其計算速度是其他兩個版本的100倍！
應用領域
FRED 運用的領域非常廣泛，只要是幾何光學可分析的系統皆可使用 FRED 來分析、模擬。常見的應用領域為：照明系統、導光管、投影系統、激光、干涉、雜散光、鬼影分析、生物醫學、其它光學系統原型之系統設計等等，無論是簡易或是復雜的成像與非成像系統結構，FRED都可以準確的建構及分析。
功能特性
? 序列與非序列光線追跡
? 全面透析光機系統設計
? 照明與非成像系統設計
? 雜散光與鬼像分析
? 相干光束傳播模擬
? 成像系統設計和實際場景渲染
? 自發熱輻射分析
? 公差分析與系統調試
FRED主要功能
? 可進行PSF、MTF、點列圖、三階像差、光程差、雜散光路徑、重點采樣、鬼像、PST與關鍵被照面、衍射、冷反射、紅外熱成像分析。
? 真實三維模型渲染和實時顯示窗口，可以直觀快速的找到整機裝配中不匹配等常見問題。
展開 新一代光學工程仿真軟件FRED MPC介紹
硬件需求
FREDMPC不是一個獨立的產品，它是我們的FRED光學工程軟件的一個版本，允許使用GPU執行光線生成，光線追跡和分析。除GPU功能外，FREDMPC License還可以訪問FRED Standard和FRED Optimum的所有CPU功能。使用FRED MPC License中包含的CPU功能時，應考慮以下PC配置選項：
? FRED只運行在Windows上，我們推薦win10
? FRED Standard在多達17個線程上執行多線程計算，而FRED Optimum最多支持63個線程。FRED不會使用任何超過FRED版本限制的線程。
? FRED的許多組件（例如BASIC腳本計算和模型更新）不是多線程的。因此，有一個高速處理器是很有用的。在許多情況下，與較大數量的慢速CPU相比，較低數量的快速CPU的性能更好（例如16核3.2GHz vs. 24核2.4GHz）。
? 我們建議使用16 GB+ RAM，以避免在使用大型光線追跡時可能發生的緩存溢出情況。
? 有時, 無法避免緩沖（例如，當需要追跡超過可用RAM所能處理的光線時）。因此，具有高磁盤I/O的系統是有好處的。另外推薦使用固態硬盤（SSD）。
GPU要求
FREDMPC需要一個或多個具有3.1或更高計算能力的本地NVIDIA GPU。軟件支持多個并行操作的GPU板。
下圖顯示了已成功用FREDMPC進行測試的各種GPU主板的相對性能，其中GeForce GTX 1050 Ti作為參考，為每個顯卡提供相對性能范圍，以說明在基準測試期間觀察到的結果范圍（即一些FRED模型追跡光線比其他模型更快）。例如，Quadro GV100上的基準文件執行速度比GeForce GTX 1050 Ti上的相同文件快2.4到12.6倍。
展開 
[光學工程] JCMsuite納米光學仿真分析軟件
JCMsuite是一款來自德國JCMwave公司、最適于復雜納米光學系統的仿真和設計軟件。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。它提供易用的腳本環境、可集成分析工具（如MATLAB、Python等）、機器學習優化技術等功能?！?JCMsuite是一款功能強大且靈活的仿真計算軟件，最適于復雜納米光學系統的仿真和設計。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。JCMsuite為您提供易用的腳本環境使用界面，并能完全集成在數據分析工具包中，且通過最新的機器學習技術優化您的光學系統。
01
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復雜光學系統的仿真
JCMsuite是一個完整且易用的有限元計算軟件，用于計算復雜納米光學系統中的電磁波、彈性和熱傳導。 基于數學和計算科學理論，JCMsuite擁有極短的計算時間、緊湊的數據空間需求和高度可靠性。
02
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分析和優化
JCMsuite包含用于高效地分析和優化納米光學器件或其他光學系統特性的工具。高級的機器學習技術可以有效地搜尋最佳設計，并顯著縮短開發時間。
03
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JCMsuite技術
JCMsuite是基于先進的數學方法和計算科學技術。它利用有限元方法（FEM）的強大功能和靈活性來實現快速準確的仿真計算，并使用最新的機器學習技術來優化復雜的光學系統。
1、CAD和網格劃分工具
JCMsuite幾何創建和網格劃分工具專門用于光子應用。
形狀和幾何形狀：可以使用線性或彎曲單元創建各種CAD幾何圖形，例如2D和3D基元、擠出、圓角形狀和自由形狀等。
展開 物理光學工程中的光學鏡頭設計及使用
在實際設計當中“最好的”、“成像質量最優化的”未必就是實際工程實現“最合適”的系統。從工程設計的角度看,一個成功的設計系統往往并不是選用最高精尖的技術手段和材質完成系統設計,而是以能夠完成設計要求、成本最低為指導原則的。設計結果體現使用要求的成像質量評價問題極為重要,它需要設計人員不斷摸索實踐,涉獵相關邊緣學科,培養系統工程思維。
總而言之,光學鏡頭是由一系列透鏡單元組合而成的,其設計是極具創造力的工作,設計人員必須基于經驗和敏銳的洞察力來了解各種各樣光學象差的特性。據了解,現代光學鏡頭的設計是可以用來挑戰膠片顆粒的極限的。透鏡從理論上講可以有效地集中光線,可以制成完美無缺的光學鏡片,但理想化的完美鏡片實際上至今尚未被設計成功,因為在實際生產時,限于材料和條件因素,制造出來的光學鏡片并不能達到完全理想的狀態,多少會存在偏差現象。
展開 FRED光學工程仿真-數據收集面可視化
數據收集面可視化（Data Collector Surface Visualization）分析選項允許用戶指定模型中的某一表面，在光線追跡的過程中收集光線數據，并顯示或者輸出該面的照度（或相關的物理量）。該分析選項允許計算（包括多面體曲面面型在內的）任意形狀的曲面。同時，因為一個多面體曲面可被用來創建多個不同的面，該選項也是計算多個表面時的一個便捷方法，而不用建立多個分析面或者探測器實體。
“多面體表面Faceted Surface”面型的建立 參見 導入OBJ格式文件 ，OBJ文件由通過第三方CAD軟件建立或者 FRED的幾何體按OBJ格式導出的 參見 導出OBJ格式文件 。
文中的FRED案例場景是房間內墻角光源對物體的照明。案例中的四面墻壁和地板由一個多面體表面建立，被照射物體由另一個多面體表面表示。案例中，因為房間和物體的鍍膜屬性不同，所以使用兩個不同的多面體表面。在當前場景中，物體被某一角落的光源照射。
數據收集面可視化分析設置位于分析菜單欄下。顯示計算數據時，需要重點做一下設置。
? 繪制數據面 = 真 DrawDataFacets = True
? 數據顯示類型（選擇需顯示的物理量） DisplayDataType（choice of quantity to display）
? 顯示圖例 = 真 ShowLegend = True
? 數據收集面（選擇需要顯示的多面體曲面） Data Collector Surfaces（choice of which Faceted surfaces upon which to display data）
光線追跡后，數據會自動顯示在3D視圖中。下圖為各表面的入射功率。
注意：
展開 新一代光學工程仿真軟件—FRED MPC支持的功能
（GPU光線追跡和分析）> 支持的功能
概要
實體分析
表面分析
探測器實體
方向分析實體
結果節點分析
膜層
分布計算
幾何體
表面
表面屬性
非表面幾何體節點
關鍵字
數值精度
光線
光線類型
光線屬性
光線追跡路徑
光線追跡屬性
散射
散射模型
重點采樣
腳本
光源
光譜
表面粗糙度
分析實體
分析表面
GPUs不支持并會忽略分析表面。當在GPUs使用光線追跡時，應該使用平面類型探測器實體而不是分析表面。
探測器實體
如果在模型中存在一個配置正確且支持的探測器實體（DE）類型，GPU光線追跡可以使用它生產分析結果節點（ARNs）。下表逐條列出了GPUs所支持的探測器實體類型。任意未支持的DE類型或者未支持的參數都會被GPUs忽略。
每個探測器實體使用一系列參數來定義其尺寸、像素分辨率以及計算類型等。下面的表格列出了GPU支持的每個參數。
1. 配置了“illuminance”分析的探測器實體不會執行所要求的分析，但如果“Abosorb rays”標志設置未True則會使GPU上的光線停止。
2. 光線濾波器
a. 在GPUs上，僅當計算時間設置為“at trace end”模式，才會應用DE上的光線濾波器標準。在“During Trace”模式下，光線濾波器會被忽略，并且所有被DE截斷的光線都會包含在結果中。
b. 在Monte-Carlo模式下，在光線追跡的最后可以獲得所有的光線并進行光線過濾處理。
c. 在光線分裂模式下，在光線追跡末端僅能夠獲取”母”光線并進行光線過濾處理。這意味著，例如，當GPUs
展開 新一代光學工程仿真軟件FRED MPC GPU硬件配置
頁面內容
支持的GPU
檢查支持的硬件
運行FREDMPC基準文件
支持的GPU
為了運行FREDMPC，需要NVIDIA GPU，雖然在FREDMPC的以后版本中可能會有所變化，但GPU的NVIDIA計算能力必須大于3.0。下圖顯示了已成功用FREDMPC進行測試的各種GPU主板的相對性能，其中GeForce GTX 1050 Ti是參考，為每個顯卡提供相對性能范圍，以說明在基準測試期間觀察到的結果范圍（即一些FRED模型追跡光線比其他模型更快）。例如，Quadro GV100上的基準文件執行速度比GeForce GTX 1050 Ti上的相同文件快2.4到12.6倍。所選GPU的當前價格在圖表右側顯示。
檢查支持的硬件
要使用FREDMPC，您的PC必須至少有一個使用CUDA驅動程序版本的本地NVIDIA GPU。以下過程可用于確定您的PC是否支持FREDMPC。
1. 在FRED命令行中，輸入$cudainfo nonvml
2. 檢查輸出窗口中的文本。在輸出文本中要查找的關鍵項是“FREDmpc device count”，它告訴您FREDMPC當前可以使用的NVIDIA GPU的數量。
a. 如果輸出窗口中的文本如下圖所示，則當前PC不支持FREDMPC，如“FREDmpc device count”所示，繼續執行本節其余部分中描述的操作。
如輸出窗口所示，下一步是更新NVIDIA的驅動程序以確保安裝了最新版本。訪問Nvidia網站，使用以下鏈接下載最新驅動程序。
http://www.nvidia.com/download/index.aspx
如下所示，通過從控制面板打開設備管理器并展開顯示適配器組，可以識別PC中的GPU
展開 第十七屆TFCalc光學薄膜設計軟件培訓（2023年6月7-9日）
地點和時間
開課時間：2023年6月7-9日
開課地點：南京
主辦單位
光研科技南京有限公司(TFCalc軟件亞太地區獨家總代)
南京波長光電科技股份有限公司
OPSS新加坡光學與光子學學會
特邀專家
宋治平先生
高級工程師，江蘇省光學學會鍍膜專業委員會副主任，任茂萊光學副董事長、副總經理、總工程師。從事光學真空鍍膜30余年，具有豐富的設計與實操經驗。
李全民先生
光學工程碩士，高級工程師，南京波長光電科技股份有限公司鍍膜技術總監。25年鍍膜專業設計和工藝經驗，曾設計和制作過光通訊各種濾光片，光學塑膠鏡片常見膜系，高功率激光薄膜，紅外薄膜等，波長范圍含蓋了從紫外到中遠紅外，尤其在激光高損傷閾值膜系和各種紅外膜系方向有豐富的設計和實操經驗。
謝玉春先生
光學工程學士，資深工程師，現任南京波長光電科技股份有限公司智能事業部總經理。研究主要方向是光機自動化與控制、高能激光傳輸以及光學薄膜設計。出版的TFCalc和ZEMAX中文使用手冊成為了光學愛好者學習不可缺少的書籍資料。開發ZEMAX GB Drawer軟件，此軟件已經列入美國ZEMAX公司產品目錄。獲得多項專利，并被評為江寧先進科技工作者。
展開 Ansys旗下Zemax OpticStudio STAR模塊榮獲SPIE軟件類 “棱鏡獎”
該年度“棱鏡獎”旨在表彰光學與光子學領域的前沿創新
主要亮點
STAR模塊可優化OpticStudio與有限元分析（FEA）軟件之間的工作流程
STAR直接集成在OpticStudio中，方便簡化FEA文件導入、結構與熱分析以及工作流程自動化
該獲獎模塊簡化了光學設計流程，同時提高了仿真精度，縮短研發時間，并降低開發成本
Ansys于2021年收購Zemax，其憑借OpticStudio STAR模塊榮膺備受尊崇的國際光學工程學會（SPIE）軟件類 “棱鏡獎” 。該年度獎項旨在表彰光學與光子學領域最新且最突出的創新。去年春季發布的新款關于結構、熱分析的（STAR）模塊優化了OpticStudio與有限元分析（FEA）軟件之間的工作流程，為光學設計與仿真帶來更多可能性。
自2008年以來，國際光學和光子學學會SPIE與其媒體合作伙伴Photonics Media共同推出了此獎項，以表彰光學與光子學行業的佼佼者。頒獎儀式在年度最大型光學與光子國際展會美國西部光電展（SPIE Photonics West）上進行。
SPIE學會活動經理Pamela Robertson表示：“棱鏡獎于2009年在美國西部光電展上首度頒發，以支持光學與光子行業發展，并提高該行業知名度。
展開 
Ansys旗下Zemax OpticStudio STAR模塊榮獲SPIE軟件類 “棱鏡獎”
該年度“棱鏡獎”旨在表彰光學與光子學領域的前沿創新
主要亮點
STAR模塊可優化OpticStudio與有限元分析（FEA）軟件之間的工作流程
STAR直接集成在OpticStudio中，方便簡化FEA文件導入、結構與熱分析以及工作流程自動化
該獲獎模塊簡化了光學設計流程，同時提高了仿真精度，縮短研發時間，并降低開發成本
Ansys于2021年收購Zemax，其憑借OpticStudio STAR模塊榮膺備受尊崇的國際光學工程學會（SPIE）軟件類 “棱鏡獎” 。該年度獎項旨在表彰光學與光子學領域最新且最突出的創新。去年春季發布的新款關于結構、熱分析的（STAR）模塊優化了OpticStudio與有限元分析（FEA）軟件之間的工作流程，為光學設計與仿真帶來更多可能性。
自2008年以來，國際光學和光子學學會SPIE與其媒體合作伙伴Photonics Media共同推出了此獎項，以表彰光學與光子學行業的佼佼者。頒獎儀式在年度最大型光學與光子國際展會美國西部光電展（SPIE Photonics West）上進行。
SPIE學會活動經理Pamela Robertson表示：“棱鏡獎于2009年在美國西部光電展上首度頒發，以支持光學與光子行業發展，并提高該行業知名度。世界逐漸認識到我們行業的重要性，以及光子學如何為我們在醫療、氣候變化、信息傳播、交通運輸和安全等關鍵領域面臨的最嚴峻的全球挑戰提供解決方案。
展開 機械元件雜散光難以把控？OAS 軟件案例深度解析
該案例的成功應用，不僅為類似光學系統的雜散光分析提供了可借鑒的實踐經驗，也進一步彰顯了 OAS 光學軟件在光學工程領域的重要應用價值與技術優勢。
使用 OpTaliX 的 10 個理由
速度： OpTaliX 是一種光學設計程序，旨在優化軟件代碼的計算效率。它使用最新、最快的編譯器和可用的軟件技術。
分析：從一整套分析功能中獲取最多的設計信息，例如幾何和衍射分析、多重公差分析、透射分析、偏振分析等等。
準確性：OpTaliX 在整個程序中使用雙精度（64 位）內部算術表示。它在不影響通用性的情況下實現了最準確的最先進算法。
優化： OpTaliX 提供了多種優化算法來獲得卓越的設計。用于構建自定義誤差函數的極其靈活的方法使您幾乎可以解決任何優化問題。
示例設計：從出版物和專利文獻中的 500 多種設計以及 8000 多種目錄鏡頭中輕松入門。
兼容性：OpTaliX 以兩種方式（導入和導出）與其他光學設計和薄膜包輕松連接，因此無論使用何種程序，您都可以與他人協作或檢查設計。
質量：依靠穩定性和準確性。OpTaliX 已經過全面測試，因為我們在日常設計工作中經常使用它。測試用例與代碼并行開發，beta 測試在選定的客戶站點進行。
支持：期望在 24 小時內解決您的問題。報告的錯誤將立即得到修復并可供下載。即使您尚未升級到最新版本，我們的支持也不會過期。
經驗： OpTaliX 由光學設計師打造，融合了 25 年的實際鏡頭設計、光學工程和軟件開發經驗。
展開 她力量 | “曾參與人類史上最強天文望遠鏡的設計工作，我感到很自豪”
她目前是Zemax首席研發工程師和光學應用開發工程部負責人。本文是關于她在該具有歷史意義項目中使用Zemax OpticStudio的分享。祝愿各位女性朋友節日快樂！
受訪者：Erin Elliott | Ansys-Zemax首席研發工程師，光學應用開發工程部光學經理
為詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 項目工作是我航空航天和光學設計職業生涯的一個成長階段。和許多人一樣，我也在去年12月25日凌晨四點起床見證了這一歷史。一臺位于平臺上方的攝像機捕捉到了展開的太陽能電池板反射的第一縷陽光，這對我以及我在JWST的前同事來說是一個激動人心和令人自豪的史詩時刻。
這種激動人心與我目前日常工作中的動力是相似的。現在，我在Zemax工作，我特別欣賞我們的客戶在各種抱負追求中所付出的辛勤工作和熱情，以及他們追逐成功所需軟件和硬件的獨特視角。
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