第三章 光學模擬
3.2 實驗規劃
3.2.2 光學模擬流程圖
圖3.2 光學模擬流程圖 建立實體模型 SolidWork Model
IGS Translator Lens Design Importer
設定模型參數 Material
Surface Coating
建立所需光源 Ray Trace Options
Grid Ray Trace Source Ray Trace
分析模擬結果
Illuminance Map
3.3 FRED光學軟體介紹
本研究使用之光學模擬軟體為美國 Photon. Engineering公司所開發的專業 光學系統模擬軟體FRED，可模擬真實之光學系統，可做一般傳統光學分析、照 明系統分析、輻射度以及光度分析，屬非序列描光軟體 ( Non-Sequential Ray Tracing ) 。以亂數決定光線在物體的位置及射出方向，當光在物件表面上運算 時，又隨機的決定光線的散射，只要設定的光線數越多，並進行光線對不同材料 之光學特性做吸收、折射、反射，就越接近真實系統。
3.4 光學模擬流程
首先我們將設計好之二次光學元件使用電腦繪圖軟體將模型畫出，並匯入 FRED 軟體內，如圖3.1為光學模擬流程圖。先建立所需之實體模型，實體模型 建立完畢後，對二次光學元件之表面賦予其光學特質，包括材質、表面特性及光 學性質等。再者是建立所需的光源，設定需輸入光源的特性及發光強度，最後設 定模型的特性以及光源設定完畢即可進行光學分析模擬，其分析的結果有照度分 析，光強度分析及光線追跡分析結果等。圖3.2為本研究二次光學元件圖。
圖 3.3 二次光學元件圖
3.5 模擬實作
實際模擬太陽能光線，經由光偏角的改變與是否有二次光學元件所產生的光 功率，再與 FRED 光學模擬軟體間比較其誤差。
3.5.1 實驗設備
鹵素燈泡 鹵素燈泡 鹵素燈泡 鹵素燈泡
以鹵素燈模擬太陽光的光源，並藉由移動來尋找光源聚焦，當尋找到光在感 測器上的良好焦距時，則固定其位置。本研究所使用之鹵素燈，其輸出功率為 500W，如圖 3.4。
圖 3.4 鹵素燈泡
光感測器光感測器
光感測器光感測器（（（Beam Profiler）（ ）））
當模擬光源聚焦在光感測器上，可藉由感測器了解光的能量範圍以及強度。
使用之光感測器為 spircon 公司所生產，型號為 SP620U，如圖 3.5。
圖 3.5 光感測器
雷射光源雷射光源 雷射光源雷射光源
利用雷射光的能量集中特性，檢查菲涅爾透鏡與光感測器是否有在同一直線 上。
圖 3.6 雷射光源
光譜儀 光譜儀 光譜儀 光譜儀
用來量測實際模擬光源之光譜與分析。使用 Ocean Optics 公司生產之型號 USB4000 Red Tide Spectrometer，可量測之波長為 350~1000 nm。
圖 3.7 光譜儀
圖 3.8 量測光譜波長
整體設備整體設備 整體設備整體設備
本研究用的實驗系統是由鹵素燈模擬太陽光源，通過菲涅爾透鏡聚焦至感測 器上。旋轉菲涅爾透鏡，即可模擬組裝不良與光源偏角，再藉由感測器量測光源 能量的功率。