Zemax初學(xué)者教程(光學(xué)設(shè)計)習(xí)作五多重結(jié)構(gòu)的激光擴束

學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦。——道沖/charlietian/charlietian11你將學(xué)到：使用multi-configurationcapability。假設(shè)你需要設(shè)計一個在波長λ＝1.053μ下操作的laserbeamexpander，Inputdiameter為100mm，而outputdiameter為20mm，且Input和output皆為collimated。在此設(shè)計之前，我們必須遵守下列設(shè)計條件：只能使用2個鏡片；本設(shè)計在形式上必須是Galilean（沒有internalfocus）；只有一個asphericsurface可以使用；此光學(xué)系統(tǒng)必須在λ=0.6328μ下完成測試；本設(shè)計任務(wù)不只是要矯正aberration而已，而是在兩個不同wavelengths的情況下都要做到。先談?wù)剹l件2中什么是Galilean呢？Galilean就是光線從入射到離開光學(xué)系統(tǒng)，在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部不能有focus現(xiàn)象，在本例中即beams在兩個鏡片之間不能有focus。好在本系統(tǒng)不是同時在2個wavelengths下操作，所以在學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11操作時我們可以變動某些conjugates?，F(xiàn)在開始設(shè)計，依據(jù)下圖的LDE表鍵入各surface的相關(guān)值。其中surface5的surfacetype從Standard改為Paraxial，這時在鏡片后面的focallength項目才會出現(xiàn)。注意到使用paraxiallens的目的是把collimatedlight（平行光）給focus。同時把surface5的thickness及focallength皆設(shè)為25。學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣。——道沖/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11entrancepupil的diameter定為100wavelength只選一個1.053microns即可，記住不要在設(shè)第二個wavelength。學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11叫出meritfunction，在第1列中把operandtype改為REAY這表示realrayY將用來作為一種constraint。在本設(shè)計中，我們被要求Inputdiameter為100而outputdiameter為20，其比值為100：20＝5：1，即入射beam被壓縮了5倍，在srf#中鍵入5，表示在surface中我們要控制他的rayheight，而Py上則鍵入1.00。把targetvalue定為10，這個動作將會給我們一個diametercollimated為20mm的outputbeam。為什么呢？因為Py是normalized的pupilcoordinate，即入射光的semi-diameter為50。Py＝1即現(xiàn)在的入射光isaimedtothetopoftheentrancepupil，把targetvalue定為10，就是輸出光的semi-diameter為10，所以50：10＝5：1，光被壓縮了5倍，達(dá)到我們的要求。weight的值定為1，現(xiàn)在選Tools，Update，你會看到在valuecolumn上出現(xiàn)50的值，這就是entrancepupilradius即表示coordinates是落在一個單位圓（unitcircle）上，而其半徑為50，當(dāng)Px＝0，Py＝1即表示在y軸的pupil大小為50，而在x軸的則為0。從editmenubar選Tools，DefaultMeritFunction，按Reset后把“StartAt”field的值改為2，這表示以后的operands會從第二列開始，而不會影響已建立的REAYoperand。學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11執(zhí)行optimization；把OPDplot叫出來，如下圖所示，你會發(fā)現(xiàn)performance很差，大約為7個waves。學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦。——道沖/charlietian/charlietian11這個aberration主要來自sphericalaberration，所以我們要把surface1改為aspheric，把surface1列中的conic設(shè)為variable。再次執(zhí)行optimization；學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11你會看到較好的OPDplot?，F(xiàn)在把所有的variable都去掉，然后將此field存盤，因為你已完成wavelength在1.053μ下的beamexpander設(shè)計。學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦。——道沖/charlietian/charlietian11但是wavelength在0.6328μ的情況怎么辦呢？我們進(jìn)入此習(xí)作的另一個主題，也就是multi-configuration可以在同一系統(tǒng)中同時設(shè)定不同的configuration，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境或要求，先前我們已完成了wavelength為1.053μ的configuration，把他看做configuration1，而wavelength0.6328為configuration2。把wavelength從1.053改為0.6328；學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11后看看OPDplot，出現(xiàn)非常差的performance，這是因為glassdispersion的緣故。我們調(diào)整lensspacing來消除此defocus把surface2的thickness設(shè)為variable，執(zhí)行optimization，學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣?！罌_/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11updateOPDplot，此時的aberration大約為一個wave，接下來去掉surface2thickness的variable。學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣。——道沖/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦?！罌_/charlietian/charlietian11現(xiàn)在我們來使用Zemax的multi-configurationcapability功能，從mainmenu上選Editors，后Multi-configuration；再選其中的Edit，InsertConfig；如此我們就可以加入一個新的configuration，在第一列的第一項中按兩下，選“wave”，學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣。——道沖/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦。——道沖/charlietian/charlietian11同時在“Wavelength#”中選為1，這表示在不同的configuration，我們使用不同的wavelengths。在Config1下鍵入1.053，Config2下鍵入0.6328，在插入一個新的列于此列的第一項中按兩下，選THIC為一個operandtype，這會讓我們在各別的configuration中定義不同的thickness，從“surface”list中選2后按OK。學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣。——道沖/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗，而不是Zemax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦。——道沖/charlietian/charlietian11在Config1下鍵入250，Config2也鍵入250，不過在surface中選2即表示在LDE中surface2的thickness是當(dāng)作mult-configuration的一項oprandvalue，把Config2下surface2的thickness設(shè)為variable?；氐絤eritfunctioneditor，選Tools，DefaultMeritFunction，把“StartAt”的值改為1，使defaultmeritfunction會從第一列開始考慮?，F(xiàn)在先前設(shè)定的REAYconstraint條件必須加到此新的multi-config學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計，練習(xí)使用Zemax！Zemax不會教你怎么做光學(xué)設(shè)計，就像CAD不會教你怎么設(shè)計汽車一樣。——道沖/charlietian好的設(shè)計取決于你的知識和經(jīng)驗皇荶emax這樣的工具，好的鏡頭出自你的頭腦。——道沖/charlietian/charlietian11meritfunction，在meritfunction的第一列中，有一個CONFoperand且在”Cfg#”項中定為1，表示現(xiàn)在configuration1是active。在此列之下尚有三個OPDXoperands，于CONF和第一個OPDX之間插入一個新行，把其operandtype改為“REAY”，“Srf#”鍵入5。表示我們要控制的rayheight是對surface5而言，Py鍵入1.00,targetvalue設(shè)為10。如同先前的file讓輸出beam的diameter為20mm。在CONF1的要求接設(shè)定完畢，