利用FRED对干涉仪的仿真分析(2)
1.2 课题意义
1.2.1 工程意义
在干涉仪的实际操作中，有时得到的干涉条纹与理论上的条纹有一定的偏差，单看条纹的特征，只能得到一些简单的信息，由于缺少详细数据，要想进一步的分析干涉仪各组成部分对实验的影响成了难题，由于FRED光学设计软件有多种分析功能（包括光线信息、近轴分析（高斯光学）、 待测量面入射及吸收能量分析、最佳化几何焦点、光纤耦合效率、杂散光报表分析、光斑图、光偏振分析、光照度（lm/m^2、lux)(w/m^2、)、光强度 (lm/sr、cd)(w/sr)、3D能量分布图、相干光系统的光波形分析、 CIE），因此此时只需要用FRED软件对干涉仪进行建模，通过模拟仿真就可以对干涉图进行精确的定量分析，对干涉图的原因分析有很大的帮助，因此在工程应用中也可以用这个思路来分析解决问题。
1.2.2 辅助教学
干涉仪自其发明以来已有悠久的历史，至今仍然在高校实验室里发挥着作用，其调节和使用也是大学光学实验的一个重要组成部分，刚接触干涉仪的学生在调节过程中常会有一些困惑，比如是哪些调节因素或系统误差使干涉图偏离预想的结果。要想弄清楚这些问题，就需要分析不同方面的误差对干涉图的影响，通常需要在保证其它参数都正确不变的情况下，改变其中某一项参数来观察干涉图样的变化，而这在具体实验中是很难达到的。这种情况会对分析误差的来源产生干扰，影响教学效果。
而用光学设计软件建一个与实际使用相同的模型就可以很好的解决这个问题。在实验室中获得该干涉仪的主要部件的具体参数后，就可以见一个一样的干涉仪模型，接着进行光线追踪，模拟实验现象以及调整各个参数来完成对实验结果影响的分析。目前，国内有许多光学设计软件，种类繁多，可应用于不同的光学领域，本文使用的光机模拟设计软件为模拟视觉效果非常好的FRED软件。
1.3 本论文的主要内容
本文一开始介绍了FRED软件的原理及功能应用，通过学习FRED软件学习手册后，基本掌握了利用FRED建模的要领，接着进实验室自己动手操作干涉仪，对干涉仪进行调试，清楚明白干涉仪的光路及主要部件和原理，并记录干涉仪主要光学玻璃的尺寸和材料，为后续的建模提供数据，本文最中心的内容是利用FRED软件将斐索干涉仪的模型建出来，通过光线追迹，得到干涉条纹，然后将模型仿真出来的结果与实际干涉仪产生的结果进行比较，结果一致表明用FRED模拟出斐索干涉仪的简易模型能较好的对实际干涉仪面形检测进行仿真。
2 FRED的简介
2.1 FRED软件的工作原理
FRED光机模拟设计软件是美国Photon Engineering公司的产品，由原开发 ASAP软件的主要核心工程师所设计研发，并导进 TracePro 的窗口人机接口，与其它同类产品相比，性能更高、模块类型丰富，性价比更具优势。
FRED现在有三个版本：iFRED（无优化，无法编译 script）,FRED stangdard(无优化，允许8核并行计算)，FRED Optimum(此版本为原来FRED turbo升级而来，具有优化和script功能，可并行预算，最高可达16核)，本设计所用的版本是FRED standard版本。
FRED的核心是非光线追迹引擎，因此它工作的基本原理即是光线追迹原理，此非序列光线追迹引擎有高效率和高精确度的特点。它可以将光线以任何次序或是次数投射在表面，而且光分裂会自动发生。与ASAP软件相似，它的每一个功能都可以在一般桌上型季算机上快速的最佳化运用，它可以利用蒙地卡罗光线追迹的技术做光-机结构间的仿真，它可以不必假设系统之对称性，做单轴、全域、三文坐标的模拟。当光束穿越整个光学系统，光束可以自动地分裂为反射，折射，绕射， 偏振光及散射的分量，当这束光穿越整个系统，光束可以包含物体任意的次序，独立的根据物理可实施之路径前进。这类的光线追迹一般称为“无限制的”或“非序列的”。所以FRED 所做的就是一个仿真模拟。根据真实光线在真实世界里的路径。