光学设计软件有哪些？

此人正在学习 · 发表于 2023-3-5 13:23:22

光学设计软件有哪些？

雅法海 · 发表于 2023-3-5 13:23:50

Zemax OpticStudio是一套综合性的光学设计软件。它提供先进的、且符合工业标准的光学设计、分析、优化以及公差分析功能，能够快速准确的完成光学成像及照明系统的设计。
Zemax OpticStudio 是光学设计行业内领先的设计软件，其结合了各种复杂的物理以及视觉的互动，使您能够分析、模拟并优化光学系统，以符合公差规范。借由这套软件建立个各种光学、照明以及激光系統，使用者能省下大量成本与时间。以可制造性设计的核心理念帮助助使用者加速产品上市时间，并减少开发成本。

光学设计软件有哪些？-1.jpg

ZEMAX的技术性能
软件可以实现的主要功能
● 几何光学设计：成像镜头设计、成像质量分析、温度环境分析、加工公差分析等
● 物理光学设计：激光系统及元件的设计及分析，光学相干衍射特性分析、光纤耦合等
● 照明系统设计：照明系统的设计，光机设计，和3D模型软件动态链接，光源库等
● ZPL语言扩展：自带的编程语言可以实现功能的扩展
● 扩展功能：可以和C语言、C++、VB等编程语言进行配合使用
三种不同版本功能对比：

光学设计软件有哪些？-2.jpg

内托体头 · 发表于 2023-3-5 13:24:12

看了上面的回答，基本都是商业软件。
我在 Optical Design Software 这个网页上看到有很多的这类软件列表。
不过也不知道其中开源软件有多少。
迫于穷困，我一直是买不起什么商业软件的，这类情景我就往往只能尽量找一些具备基本功能的开源软件。
去 StackExchange 搜索，发现了 https://physics.stackexchange.com/questions/38865/free-optics-simulation-programs 这个帖子，里面有很多新线索。
我自己又在 GitHub 上面搜索了一番，这次就将我找到的几个分享一下。
三年过去了，发现了一个OpticsPy：https://github.com/Sterncat/opticspy
可惜好几年过去了，需要做一点修改才能在现在的Python3.9和3.11上运行。
当然了，也都是很简单的一点小修改。
于是有了下面的这个分支：
https://github.com/cycleuser/opticspy具体使用方法是：
git clone https://github.com/cycleuser/opticspy
cd opticspy
python setup.py install然后运行下面的代码测试：
from opticspy.ray_tracing import *

New_Lens = lens.Lens(lens_name=&#39;Doublegauss&#39;,creator=&#39;XF&#39;)
New_Lens.FNO = 5
New_Lens.lens_info()

New_Lens.add_wavelength(wl = 656.30)
New_Lens.add_wavelength(wl = 587.60)
New_Lens.add_wavelength(wl = 486.10)

New_Lens.add_field_YAN(angle=0)
New_Lens.add_field_YAN(angle=10)
New_Lens.add_field_YAN(angle=14)

New_Lens.add_surface(number=1,radius=10000000,thickness=10000000,glass=&#39;air&#39;)
New_Lens.add_surface(number=2,radius=56.20238,thickness=8.75 ,glass=&#39;N-SSK2_schott&#39;)
New_Lens.add_surface(number=3,radius=152.28580,thickness=0.5,glass=&#39;air&#39;)
New_Lens.add_surface(number=4,radius=37.68262,thickness=12.5,glass=&#39;N-SK2_schott&#39;)
New_Lens.add_surface(number=5,radius=10000000 ,thickness=3.8 ,glass=&#39;F5_schott&#39;)
New_Lens.add_surface(number=6,radius=24.23130,thickness=16.369445,glass=&#39;air&#39;)
New_Lens.add_surface(number=7,radius=10000000,thickness=13.747957,glass=&#39;air&#39;,STO=True)
New_Lens.add_surface(number=8,radius=-28.37731,thickness=3.8,glass=&#39;F5_schott&#39;)
New_Lens.add_surface(number=9,radius=100000000,thickness=11,glass=&#39;N-SK16_schott&#39;)
New_Lens.add_surface(number=10,radius=-37.92546,thickness=0.5,glass=&#39;air&#39;)
New_Lens.add_surface(number=11,radius=177.41176,thickness=7,glass=&#39;N-SK16_schott&#39;)
New_Lens.add_surface(number=12,radius=-79.41143,thickness=61.487536,glass=&#39;air&#39;)
New_Lens.add_surface(number=13,radius=100000000,thickness=0,glass=&#39;air&#39;)

New_Lens.refresh_paraxial()
New_Lens.solve_imageposition()
trace.trace_draw_ray(New_Lens)
draw.draw_system(New_Lens)

analysis.spotdiagram(New_Lens,[1,2,3],[1,2,3])
analysis.Ray_fan(New_Lens,[1,2,3],[1,2,3])然后得到下面的结果：

光学设计软件有哪些？-1.jpg

更多相关文档还是去看原作者的网站了：
http://opticspy.org/<hr/>1. PyOpTools （答主在python3.7下直接通过pip安装失败）

是用 Python 写的，可以通过 pip install pyoptools 直接安装，自然是跨平台的，最近一直有更新，看着很赞。
https://github.com/cihologramas/pyoptools但直接使用 pip 安装失败，一直是“ __inline__”报错。
我将文件夹内所有 c 文件中的“ __inline__ __attribute__”替换成了“ __attribute__”，结果成功安装了。
但还是一直不能用，我试过各种胡乱修改，都还是不行。
<hr/>2. OptGeo（答主实测无法在macOSX 10.15下运行）

网站都是法语的好像？提供了Windows/Linux/macOS的打包文件，但我试了其2018年的版本在macOS下最新版本中无法运行，可能是开发搁置了？
optgeo<hr/>3. Optilux（答主实测了但不会用）

使用 Matlab/Octave 二选一来运行，目前还是0.1的状态。最近更新好像已经是2009年了，怕是弃坑了？
an open source optical system simulator<hr/>4. Goptical (答主未测试）

GNU 光学计划，然而似乎也很久没更新？只提供源代码下载。
Goptical project home<hr/>5. TracePy （答主在python3.7下通过pip 安装成功，但目前不会用）

https://github.com/GNiendorf/tracepy

飘渺九月 · 发表于 2023-3-5 13:24:28

专业相关，手机先码，有空来答！
非成像照明方面，经常使用的有tracepro，ASAP，lighttools，LucidShape(海拉之光)，speos等，其中speos在各个建模软件下有插件版本光学软件，如SolidWorks下的插件optisworks，CATIA下的CAA等。
不同的软件有不同的好处。
tracepro是最常见的，优势主要是上手简单，适合用于杂散光分析，缺点也很明显，仿真速度最慢，非常消耗内存。lighttools是比较受欢迎的，仿真速度快，仿真种类多，各种各样的插件极大方便了设计。speos系列的优势是有各个建模软件下集成的插件，在建模方面因为是使用的建模软件，无疑是最强大的，也是车灯界用的最多的软件。其他的几个软件接触不多，暂不发表意见！

更强 · 发表于 2023-3-5 13:25:00

常用的Zmax、LightTools、CodeV。还有个神马OSLO，全称好像是Optics Software for Layout & Optimization……一会查查给你补上具体的
-----------------------------以下是复制粘贴希望能帮到你-------------------
ZEMAX
ZEMAX 是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non- Sequential）。
ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。

CODE V
CODE V：是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。

OSLO
oslo是一套标准建构系统及最佳化的光学软件。最主要地，他是用来决定光学系统中最佳组件的大小和外型，如照相机、客户产品、通讯系统、军事/外层空间应用以及科学仪器等。除此之外、他也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。

LENSVIEW
LensVIEW为搜集在美国以及日本专利局申请有案的光学设计的数据库，囊括超过18,000个多样化的光学设计实例，并且每一实例都显示它的空间位置。它搜集从1800年起至目前的光学设计数据，这个广博的LensVIEW数据库不仅囊括光学描述数据，而且拥有设计者完整的信息，摘要，专利权状样本，参考文件，美国和国际分类数据，和许多其它的功能。LensVIEW并能产生各式各样像差图，做透镜的快速诊断，和绘出这个设计的剖面图。

ASAP
ASAP是功能强大的光学分析软件，是专为仿真成像或光照明的应用而设计，让您的光学工程工作更加正确且迅速。ASAP让您在制作原型系统或大量生产前可以预先做光学系统的仿真以便加快产品上市的时间。
　　传统描光程序的速度是非常烦琐秏时的。ASAP对于整个非序列性描光工具都经过速度的优化处理，让您可以在短时间内就可做数百万条几何描光的计算。光线可不计顺序及次数的经过表面，还可向前，向后追踪。此外ASAP具有强大的指令集可以让您进行特性光线以及物体的分析，包括：选择你所要分析的物体上的光线；选择并独立出特定的光线群；列出光线的来源（折射/反射/散射…）与以及其路径的变化；追踪光线的来源以及强度，分析出您意想不到的杂散光路！

TRACEPRO
TracePro是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真软件。它是第一套以ACIS Solid Modeling Kernel为基本的光学软件。也是第一套结合真实固体模型、强大光学分析功能、数据转换能力强及易上手的使用接口的仿真软件。 TracePro多变化的应用领域包括：照明（Illumination）；导光管（Light Pipes）；薄膜光学（Tissue Optics）；光机设计（Optomechanical Design）；杂散光和激光泵浦。

TFCALC
一个著名的光学薄膜设计软件，有超过35个国家的工程师和科学家用它进行膜系设计。许多光学元件需要多层膜系设计，如棱镜、显示器、眼镜片等。为了控制从X射线到远红外线的波长范围内的光的反射和透射，光学薄膜取决于它需要如何控制光的干涉和吸收，TFCalc让您轻松的设计出您的光学系统中光学元件所需的薄膜层。

OPTISYS_DESIGN
OptiSys_Design是一种开创性的光通信系统仿真软件包，用于在大部分光网络物理层上绝大多数的光连接形式（包括从模拟视频广播系统到洲际骨干网）的设计、测试和优化。作为系统级的基于实际的光纤－光通信系统仿真器，它实现了强大的仿真环境和对与系统以及器件的之间层次等级的真实界定。作为客户还可以方便的把自己定义的器件无缝的加入到通用器件之中以扩展其功能。客户可以用图形用户界面来控制光器件的摆放和连接，器件的模型和示图。器件库中广泛的包含有源和无源的器件，包括它们实际上随波长而变的参数表。参数环表同样可以使客户查到特定器件的规格对于整个系统性能的影响。

OPTIAMP_DESIGN
使用于EDFA工程师面临的从光器件搭配优化到系统互联和功率损耗的估计的各个应用方面。通过最小输出功率、最大噪声指数、最大增益抖动、最小泵浦功率这些依赖于器件的规格（泵浦波长范围、无源器件损耗和器件价格）的计算，可以很大程度上协助权衡EDFA的价格和性能。软件所支持的功能包括用于单信道或 WDM网络的单一或多重放大器；反射的，分离信道区间，双向和增益带门限的放大器，环状线性光纤放大器，还有宽带光源。软件利用代数学优化可以自动得到参铒光纤的长度，增益平坦光纤的频谱或WDM信道的预增益，同时还仿真了电路反馈，从而维持全部信道所需的泵浦功率以及保证各个信道的功率可以控制。

BPM_CAD
BPM_CAD是一种强大的，界面友好，应用于各种集成器件和光纤导波计算的计算机辅助设计软件包。

IFO_GRATINGS
IFO_Gratings是用于带有光栅的集成或光纤器件建模的强大而界面友好的设计软件。许多远程通信和传感器的运转都是利用光栅来调节光导模式之间的耦合。客户只须简单的选择其中一项即可设定器件参数。

FIBER_CAD
Fiber_CAD是为设计或使用光纤、光器件和光通信系统的工程师、科学家和学生们推出的，此软件包通用、强大，通过融合光纤色散、损耗和偏振模色散（PMD）各个模型计算所得的数值解来解决光纤模式传输问题。

HS_DESIGN
一个动态的计算机辅助工程程序，通过基于物理层对异质结结构电学光学的特性仿真来协助半导体光器件的设计。HS_Design利用对各个半导体层的精微仿真来分析生长时晶体外延结构的光学特性，包括缓冲、分隔、蚀刻、接触、覆膜和金属化层。客户只需定义材料系统（例如，砷化镓铝／砷化镓或砷化镓磷铝／磷化铝）和半导体层的技术参数（成分、宽度和聚集掺杂浓度），则不仅能计算分层的自由载流子参数（净浓度和有效温度）所表示的电子能带结构和复介电常数，光受复合多层结构的作用也可以表示。如果该结构表示的是纵向层叠结构，那么传输，反射和吸收频谱也可以得到。如果被仿真的结构是一个平坦的波导，那么横断模特性也能计算。

FDTD_CAD
FDTD_CAD是用于高级有源和无源光器件的计算机辅助设计的强大而界面友好的软件。FDTD_CAD的理论基础是时域有限元（FDTD）的方法，这种方法可以直接在时域中计算Maxwell方程。与其他必须假定传播场类型或特定的传播方向的方法不同，FDTD方法不对光的传播行为简单的作任何事先假定。结果是，FDTD的计算能够提供任意时间点上整个计算窗内全部或离散的时域信息。如果还需要频域的信息，用离散傅里叶变换（DFT）就可以得到相应的数据。FDTD_CAD软件使用的FDTD方法的强大功能在于它把动态特性整合于一体，可高效率地用于以下模型：光传输，散射，折射，反射，极化效应，材料各向异性，色散和非线性，媒介损耗和增益。

WDM_PHASAR
WDM_Phasar软件包提供了基于AWG的光复用分用和路由器件针对性的强大的设计和建模工具。优越的图形用户界面（GUI）大大减低了设计时间，作为核心的能用鼠标控制的布局设计器包含有一整套导波阵列模板以便最大限度的辅助设计。

光学设计软件有哪些？

相关帖子

快速回帖

关于楼主