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古典的な物理光学
FREDは、「ガウシアンビーム分解」を使用して、光学システムについてコヒーレントな場の伝搬をシミュレートすることができます。FREDは非常に高速で効率的な方法を使用して、さまざまな物理光学現象を正確にモデル化できます。
この「ガウシアンビーム分解」は、次の3つのステップで実行されます。
上記の手順で扱われる回折や干渉などの現象は、本質的にアルゴリズム内に含まれているため、ユーザーは特に操作を意識せずに実行できる柔軟で使いやすい手法となっています。
この記事では、FREDを使用して、いくつかの古典的でよく知られたケースをモデル化する事例を示します。
フラウンホーファー回折
フラウンホーファー回折を計算するモデルは非常にシンプルで、必要な開口形状の光源とファーフィールドにある分析面のみを使います。
下に、それぞれ円形および正方形の開口部のエアリーパターンと2次元Sinc2関数のフラウンホーファー回折パターンを示します。
これらのパターンは、波長500nmで半開口20mmの光源を使用し、分析面を2.5km離して計算しました。
フレネル回折
フレネル回折パターンは、ディフォーカス状態のフラウンホーファー回折パターンです。下の画像は、円形の開口部を備えた無収差結像光学系の焦点位置の両側の点像強度分布（PSF）を示しています。
この一連の計算は、FREDの組み込みスクリプト機能を使用して分析サーフェスを段階的に移動させ、放射照度分布を算出することによって自動化的に実施しました。フレネル回折パターンは、焦点がぼけたエアリーパターンです。
アラゴスポット（ポアソンスポット）
FREDでは、直径8mmの円形開口の0.6328um光源の前に直径2mmの円形の絞りを配置します。
開口部から400mmの位置に分析面を配置すると、絞りの影の中心にアラゴスポットを観察できます。
ヤングのスリット
ヤングのスリットは、同じ波長の2つのコヒーレント点光源を各開口部の位置に配置するだけで非常に簡単にモデル化できます。
次の画像は、波長0.5um、0.5mm離れた2つのスリット、観測面までの距離1000mmの場合です。定常正弦波干渉縞パターンを計算できます。
ニュートンリング
ニュートンリングは、長半径の球面光学面を光学的に平坦なテストプレートに配置して、干渉パターンとパターンの中心全体の放射照度分布を作成して観察することができます。
ガラス／空気界面からの反射にはπ/ 2の位相変化が起きますが、後続の空気／ガラス界面からの反射にはないため、干渉パターンの中心は暗くなります。
ブリュースター角
ブリュースター角は、反射ビームが完全に直線偏光される固有の入射角です。下のグラフは、空気／平面のN-BK7表面からのs偏光とp偏光の両方の反射率を示しています。約56.5度で入射する場合、光（0.6328um波長）のp偏光成分がないことに注意してください。 これが、ブリュースター角です。
まとめ
FREDのガウシアンビーム分解は、さまざまな物理光学現象をモデル化するための柔軟な方法です。その他の例としては、バビネットの原理、タルボット効果、フラストレーションのある全反射、スペックル、パルス伝搬、光ファイバー結合効率、白色光干渉法、マルタ十字、部分コヒーレンスなどがあります。
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