利用动态数据交换通信技术对Tracepro软件进行了二次开发。提出通过使用动态数据交换通信协议中的连接、发送、请求等通用方法, 实现二次开发软件传输脚本到Tracepro中仿真, 以及调取仿真结果返回二次开发软件的功能。在软件中可以实现模型自动生成、参数自动配置、自动仿真、优化分析等功能, 提高了设计效率。以设计LED杯型建模仿真软件的设计为例, 在软件中实现了与Tracepro交互, 完成了LED快速建模、设计及仿真。

为解决目前侧入式导光板网点优化设计中存在经验式手动优化繁琐、且很难达到一个高均匀效果的问题, 提出了一种基于模糊优化理论的网点自动优化设计方法。网点形状采用锥形结构, 为使目标面上各处的光能分布主要由其正下方网点的散射光贡献, 分析了其半顶角与网点位置的关系, 并使得网点半顶角仅由其位置决定。以网点半径为主要优化参数, 通过隶属度函数将网点结构模糊化, 并自定义评价函数来解模糊化实现均匀照明。进而, 采用动态数据交换(DDE)技术将Matlab与TracePro进行联立, 通过Matlab语言与Scheme语言混编控制TracePro自动进行数据交换、光线追迹与模糊优化。导光板网点优化设计实例仿真结果表明, 优化后均匀度达到92.17%, 光能利用率达到70.37%, 全程实现自动优化, 无需任何手动调节。

建立了光机一体化仿真方法，从而实现对光学系统的性能评估。利用Ansys有限元软件进行热-结构仿真，将得到的数据文件进行刚体位移分离时采用新的评价函数，通过设置位移参量和随机值验证计算精度达到0.3%。运用Householder算法做Zernike拟合，将拟合系数作为与ZEMAX进行通信的数据接口，并采用动态数据交换技术实现Matlab与Zemax的数据交换。在此基础上给出一个角度检测物镜仿真的实例，得到了光学畸变随温度变化的曲线，说明为达到1″的测量精度，需保证工作温度范围为14~26 ℃。

通过设计基于LED光源的自由曲面透镜实现均匀圆形光斑的实例，提出一种快速建立光学器件模型的方法。该方法根据几何光学和非成像光学理论建立透镜的数学方程，由Matlab实现透镜面型数据的数值计算，由TracePro编程完成透镜建模，以动态数据交换（DDE）协议为基础建立Matlab与TracePro间的会话，可在TracePro中自动创建透镜实体模型。仿真结果表明，光通量为100 lm，光源尺寸1 mm×1 mm，视角120°的LED朗伯型光源在5 m远处的目标面上形成半径为3 m的圆形光斑，光斑照度均匀性可达0.7，透镜效率为87%。与传统实现透镜实体模型的设计方法对比，本方法可以简化设计过程，节省设计时间，进一步证明其准确性和可靠性。

定义了调制传递函数相似度作为优化波前编码系统的评价函数，并在光学设计过程中通过引入数学软件实现了波前编码系统的快速优化。在优化过程中，通过引入数学软件与光学设计软件的动态数据交换接口实现了优化函数的快速计算和高速数据交换，并通过采用遗传算法加快了评价函数收敛速度。经过优化系统调制传递函数相似度由原来的0.0187降为0.0119，且调制传递函数幅值均高于0.18，处于设定的范围内。研究结果表明动态数据交换和外部程序的引入可以进一步提高具有特殊性质的非常规光学系统优化效率。

通过对Zemax动态数据交换技术DDE(Dynamic Data Exchange)通信接口进行研究, 实现了ANSYS-中继软件-Zemax的DDE闭环通信, 并应用到了望远镜光学系统受环境温度场影响的光学像质评估中, 实现了有限元分析和光学像质评价的动态联合。用ANSYS建立有限元模型, 分析由温度场引起的光学镜面形变。通过Zernike多项式拟合, 将拟合系数通过ANSYS-Zemax的DDE通信链路传递给Zemax进行光学系统的像质分析。反之, 像质分析的结果也可以动态地传递给ANSYS, 以便进一步指导机械结构的优化设计。此有限元系统-光学系统通信链路的实现可大大提高数据的可靠性和设计效率。

在与传统的光机系统设计方法对比下,构建了光机系统集成分析仿真的基本框架。以望远镜镜面为研究对象,选择Patran,Matlab/Simulink和Zemax作为软件环境,分别建立各自的独立模型,探讨了光机系统集成化分析的实现策略。在简要研究模型创建、模型简化等技术的基础上,编制了结构控制接口工具,实现了光机系统结构和控制的集成分析。在研究动态数据交换(DDE)技术的基础上,探讨了大数目光线追迹问题的解决方案,实现了Matlab和Zemax的动态数据交换和光机系统的光控集成分析,达到了光机系统光机控制集成分析的目的。

为了将Zemax的光学系统设计和分析功能与Matlab强大的矩阵计算和数据分析功能很好地结合起来，对Matlab和Zemax的DDE(dynamic data exchange动态数据交换)通信技术进行了研究，并将其应用于计算机辅助调腔技术的数值模拟过程中。通过动态数据交换完成Matlab对Zemax的控制，实现了二者之间的数据传递，即在Matlab的控制下，实现对光学系统结构的改变，并获取输出光束的Zernike多项式系数值，从而大大方便后续数据处理工作。同理，其逆过程可以将计算得到的结果反馈到光学系统中，用于系统优化。二者的动态数据交换技术可提高研究过程中数据的可靠性和工作效率。