《zemax實驗》PPT課件.ppt

1、將要學(xué)到的：更好地理解坐標斷點，為傾斜和偏心系統(tǒng)設(shè)立的符號約定，反射鏡面的應(yīng)用。 先前的課程中講述了如何設(shè)計一個牛頓望遠鏡，那一課中介紹了反射鏡面和坐標斷點概念，該課的重點為： 1）厚度在經(jīng)過一個鏡面后總是會改變符號。經(jīng)過奇數(shù)面的鏡面后，總厚度應(yīng)該是負的。此符號的約定與鏡面的數(shù)量或坐標斷點的存在無關(guān)。 2）坐標斷點通常成對出現(xiàn)，并夾在反射面中間。,例8 折疊反射鏡面和坐標斷點,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,如何在會聚光束中手動加入折疊反射鏡面。 菜單File/New。在鏡片數(shù)據(jù)編輯器（LDE）窗口，顯示三個面：OBJ，STO，和IMA，也即第0，1和2面。在表面類型列上雙擊，然后用從下拉列表中選

2、Paraxial 的方法將STO面的類型改為近軸鏡片，將STO面的厚度設(shè)為100，這是近軸鏡片的缺省焦距。然后，選System，General，在彈出的對話框里輸入孔徑值20（這會產(chǎn)生一個F/5鏡片）。單擊 OK 關(guān)閉對話框?，F(xiàn)在選Analysis，Layout，3D Layout執(zhí)行一次3D圖形。你將會看到左邊出現(xiàn)一個平面，光線集中在右邊的一個焦點上。任何光學(xué)系統(tǒng)都可用來產(chǎn)生會聚光束，為簡單起見用一個近軸鏡片表達。,例8 折疊反射鏡面和坐標斷點,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,加入單個反射鏡面使會聚光束方向向上。反射鏡面的初始位置的方向為45度。假設(shè)我們需要反射鏡面離開近軸透鏡30mm的距離，就

3、要求有3個新的鏡面：一個坐標斷點使坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)45度，一個反射鏡面，還有另外一個使反射光旋轉(zhuǎn)45度。關(guān)鍵的一點是：這三個面都要求使用一個單反射鏡面來實現(xiàn)。要加入三個表面，在像面行上任何一處單擊，使光標重新定位，按Insert鍵3次，將第1面（STO面）的厚度改為30，在第3面的玻璃列輸入MIRROR，再將第4面（IMA前一面）的厚度改為-70。注意70是負的，因為經(jīng)過奇數(shù)面的鏡面后厚度符號改變。 現(xiàn)在更新3D圖形窗口。圖會被重畫，你將看到從焦點發(fā)出的光，落在鏡面上，再反彈回離近軸透鏡左邊40mm的焦點上。反射鏡面沒有被傾斜。,例8 折疊反射鏡面和坐標斷點,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,要使反射鏡面

4、傾斜45度，可雙擊第2和4面的表面類型列，將這些面改為坐標斷點，并從下拉列表中選Coordinate Break。向右滾動屏幕（用光標鍵或LDE底部的滾動條）直到出現(xiàn)參量列。在第2和4面上會有一系列的0。單擊第4面的Parameter 3列，出現(xiàn)列頭顯示“Tilt About X”。在該格上雙擊（確信你是在第4面上），在彈出的對話框中，下拉列表中選Pickup作為一種求解（Solve）類型，設(shè)From Surface為2，Scale Factor為1.0。這會使第二個坐標斷點旋轉(zhuǎn)始終與第一個保持同樣的旋轉(zhuǎn)角。單擊OK。注意在表格的值旁有個“P”，表明是從求解（pickup solve）中得到的

5、。 現(xiàn)在移到第2面，在“tilt about x”列里輸入45。從主菜單選System，Update All，你將看到如圖所示的圖形。,例8 折疊反射鏡面和坐標斷點,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,注意近軸鏡片的厚度為30，位于第一個坐標斷點的旋轉(zhuǎn)頂點。坐標斷點的厚度是0，表示反射鏡面是在同一點上。但是，坐標斷點已將坐標系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)了45度。鏡面本身是不旋轉(zhuǎn)的，只有它所在的坐標系統(tǒng)，才被旋轉(zhuǎn)。鏡面的厚度為0，因為我們在移到下一個面前，要旋轉(zhuǎn)另一個45度。第二個坐標斷點先旋轉(zhuǎn)另一個45度，然后向焦點移動-70個單位。注意所有的傾斜和偏心處理應(yīng)在厚度改變之前。 要實現(xiàn)另一個反射鏡面，單擊像面使光標落在那兒

6、，按Insert 鍵3次。將第四面的厚度從-70改為-30，第6面的玻璃改為MIRROR，第7面的厚度改為+40（再次注意經(jīng)過鏡面后符號的改變），再將第5和7面的表面類型改為坐標斷點，在第5面對X軸傾斜中輸入45度。在第7面的對X軸的傾斜 （tilt about x）上雙擊，在此參量上安放一個pick up solve。求解（pick up）是從第5面得到的，比例因子為1。更新3D圖層，應(yīng)該如圖所示。,例8 折疊反射鏡面和坐標斷點,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,第2系列的break-mirror-break系統(tǒng)將光束再轉(zhuǎn)90度，因此它仍然與初始光軸平行。由于我們已在每一系列中加入了“pickup

7、solves” ，就可很容易地通過改變2個數(shù)字將光束傾斜。試著在第2和5面的“tilt about x”中輸入30和-60，然后選System，Update All可看到3維圖上的影響。,例8 折疊反射鏡面和坐標斷點,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,要求：設(shè)計一個掃面系統(tǒng)，掃描一個直徑為50mm的氦氖激光光束，掃描角度10，后面有一個F/3的聚焦透鏡系統(tǒng)。 分析：需要設(shè)計一個F/3的雙膠合透鏡，EPD為50mm，留5mm的邊緣冗余量，波長為氦氖激光的紅色波長，使用N-BK7和F2玻璃材料。 菜單system/general.設(shè)置EPD為50mm，5mm的邊緣冗余量，菜單system/wavelen

8、gths.波長為氦氖激光的紅色波長0.6328，一個FIELD.如圖建立各面,如圖設(shè)置各面的Thickness、Glass。雙擊面5的radius，設(shè)置F number為3，其Radius自動變?yōu)?92.483261.,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,使面2成為反折鏡，透鏡參照面1旋轉(zhuǎn)90角，點擊tools/Coordinates/add fold mirror,打開對話框，輸入如下值。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,顯示如下圖。反折鏡面后方所有面的厚度均變號。,例9 掃面鏡（Scanning Mirro

9、r）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,現(xiàn)在，為了使鏡面成為一個掃描鏡，需要傾斜它。因為掃描角度為10。所以在45標稱位置傾斜5。 為了使鏡面成為掃描鏡，使用傾斜/偏心元件工具。 選擇tools/coordinates/tilt/decenter.,在對話框中輸入如下值。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,更新3D圖如圖所示。這個工具插入了額外的兩個坐標斷點面，所以現(xiàn)在這個鏡面在45的標稱位置傾斜了5。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,建立一個在45標稱位置掃描角為5的模型。點擊Editor/Multi-confi

10、guration,打開多重結(jié)構(gòu)編輯器。在多重結(jié)構(gòu)編輯器里點擊兩次edit/insert config,這樣就有三個結(jié)構(gòu)。雙擊編輯器最左邊的欄。,設(shè)置如下參數(shù)。設(shè)置面3的參數(shù)3為多重結(jié)構(gòu)參數(shù)。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,接著編輯輸入如下值。,在3D Layout界面中點擊Setting,打開設(shè)置對話框，如下設(shè)置相關(guān)參數(shù)?？吹剿腥齻€結(jié)構(gòu)都重疊了。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,這時，可以手動按鍵盤的CTRL-A改變結(jié)構(gòu)。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,例9

11、 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,注意，在傾斜和非傾斜過程中，反射鏡和透鏡的半徑不同，隨著結(jié)構(gòu)的變化 而變化。 解決辦法、；最大值解決辦法可以設(shè)置半徑為所有結(jié)構(gòu)中的最大值。 方法，點擊菜單“tool/Apertures/Convert Semi-Diameters to Maximum Apertures”進行設(shè)置。,優(yōu)化： 當前的透鏡是為了優(yōu)化在軸上的情況。 接下來，優(yōu)化透鏡在5視野內(nèi)，優(yōu)化之前，需重建評價函數(shù)以適應(yīng)新的結(jié)構(gòu)。 重新運行默認的評價函數(shù)工具。 運行菜單“Editor/Merit Function”,在Merit function Edito

12、r窗口中，運行 “tools/default merit functions”,在打開的窗口中進行如下設(shè)置。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,先看看當前的點圖。運行菜單“Analysis/spot diagrams/configuration matrix”,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,玻璃代替：本例中所有的3個結(jié)構(gòu)中使用的是相同的玻璃，因此在棱鏡數(shù)據(jù)編輯器LDE中輸入玻璃代替物。 運行“Tools/Optimization/G

13、lass Substitution Template.”，進行如下設(shè)置：,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,掃描鏡分為兩類： Galvanometer反射鏡和Polygon反射鏡。 Galvanometer反射鏡：鏡面在頂點的傾斜； Polygon反射鏡：在鏡面頂點后面的一個偏置點處掃描。 目前是Galvanometer反射鏡掃描。 接下來進行Polygon反射鏡設(shè)計。假設(shè)鏡面頂點到多邊形的中心距離為60mm，將LED中進行如下設(shè)置,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,然后在LDE中雙擊面4，打開面4的屬性對話框

14、，進行如下的設(shè)置。,例9 掃面鏡（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,再看其3D Layout圖，如圖所示，此時掃描鏡關(guān)于后表面傾斜。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,拋物面非常有用，能把一束平行光會聚成一個點，而沒有像差。 離軸拋物面常用在,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,標準面的k=-1時就形成拋物面。 創(chuàng)建一個新系統(tǒng)，入瞳直徑為10mm。如圖輸入相關(guān)值。,面2為拋物面，焦距為曲率半徑的一半，與光線方向相反。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Par

15、abolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,其3D布局圖和OPD fan 如圖所示，非常理想。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,接下來使反射鏡 大些。 設(shè)置面2的Semi-diameter為100mm，在其旁邊出現(xiàn)一個“U”，表示這是用戶定義的。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,接下來使反射鏡 大些。雙擊面2，打開其屬性對話框，進行如下設(shè)置。確定,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,再看其3D布局圖，如圖所示,例10 離軸拋物鏡（O

16、ff-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,在反射鏡面2的前面增加一個CB面，并設(shè)置該CB在Y方向有+80mm的平移量。,其3D布局如圖所示。保存該文件。后面要用,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,復(fù)制該系統(tǒng)。 方法一：在Y方向的平移量增加。使他成為多重結(jié)構(gòu)。 運行菜單“Editor/Multi-configuration”,打開多重結(jié)構(gòu)編輯器，在該編輯器中點擊Edit/Insert Config,并進行如下設(shè)置。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,雙擊IMAG面，

17、打開其屬性設(shè)置對話框，進行如下設(shè)置，選中“Make Surface Global Coordinate Reference”復(fù)選框。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,在3D Layout 中運行setting，在設(shè)置對話框中的configuration選擇ALL。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,其3D Layout 如圖所示。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,方法二：使用面孔徑得到?；氐阶畛醯奈募顟B(tài)。,例10 離軸拋物鏡（O

18、ff-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,雙擊面3（MIRROR），打開其屬性對話框，在“Aperture”頁進行如下設(shè)置。,設(shè)置后，其3D顯示如下：,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,在坐標斷點CB前面增加兩個新的dummy surfaces.,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,設(shè)置merit function。菜單Editor/Merit Function,打開其編輯器，插入兩個操作數(shù)。 雙擊第1個操作數(shù)的Type列，在下拉菜單中選擇GLCZ,surface欄

19、中輸入3. 雙擊第2個操作數(shù)的Type列，在下拉菜單中選擇RAGZ,surface欄中輸入5，PX=PY=0. 雙擊第3個操作數(shù)的Type列，在下拉菜單中選擇DIFF, Op#1和Op#2分別輸入1,2，target設(shè)置為0，weight設(shè)置為1. 點擊Optimization進行優(yōu)化。評價函數(shù)值變?yōu)?.,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,再平移和傾斜。 運行菜單Tools/Coordinates/Tilt/Decenter Elements.，打開其對話框。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)

20、計實例,在Tilt/Decenter Elements對話框中，進行如下設(shè)置。OK，再看其3D圖如圖所示。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,再看其3D圖如圖所示。可見，一對坐標斷點用來傾斜了反射鏡，坐標系統(tǒng)在第2個CB后恢復(fù)了，但是像平面平移了但沒有傾斜。接下來我們要使像平面在光束的中心。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,接下來我們要使像平面在光束的中心。 通過使用另一個CB實現(xiàn)。 在反射鏡MIIROR后面插入一個新的CB面（面7） 。 把面9由標準面變?yōu)镃B面，如圖所示。,例10

21、離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,設(shè)置面3關(guān)于X軸的Tilt值改為0. 設(shè)置面7關(guān)于Y軸的Decenter值改為-80（pick up from 面5）。 將面9的Decenter Y和Tilt about X的solve type設(shè)置為Chief Ray.,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,此時的3D如圖所示。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,下面進行多重結(jié)構(gòu)。 運行菜單Editor/Multi-configuration,打開多重結(jié)構(gòu)設(shè)

22、置框。,在該對話框中，雙擊第1列，在下拉菜單中選擇PRAM，并進行如下設(shè)置。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,在多重結(jié)構(gòu)對話框中，運行Edit/Insert Config，產(chǎn)生3個多重結(jié)構(gòu)，輸入這3個機構(gòu)關(guān)于X軸的傾斜值分別為-5,0，+5度。如圖所示。,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,設(shè)置像面的Semi-Diameter為maximum.,例10 離軸拋物鏡（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,看其3D圖，按Ctrl-A可見3重結(jié)構(gòu)的3D圖。,例11

23、 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.建立單個色散棱鏡:EPD=10mm,Afocal model，波長0.55微米。 執(zhí)行菜單System/General.，打開對話框，如下設(shè)置。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.建立單個色散棱鏡:EPD=10mm,Afocal model，波長0.55微米。 執(zhí)行菜單System/Wavelengths.，打開對話框，如下設(shè)置。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.在LDE中，IMAG面前面插入兩個面，并如下設(shè)置

24、相關(guān)參數(shù)。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.在LDE中，雙擊面2 ，打開面2的屬性對話框，在其Tilt/Decenter頁中進行如下設(shè)置。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.在LDE中，雙擊面3 ，打開面3的屬性對話框，在其Tilt/Decenter頁中進行如下設(shè)置。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.看其3D圖和陰影圖如圖所示。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.為面2和面3增加一個矩

25、形孔徑。 在LDE中，雙擊面2 ，打開面2的屬性對話框，在其Aperture頁中進行如下設(shè)置。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.為面2和面3增加一個矩形孔徑。 在LDE中，雙擊面3 ，打開面3的屬性對話框，在其Aperture頁中進行如下設(shè)置。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.再看其3D圖和陰影圖如圖所示。 注意：光線偏離了坐標系統(tǒng)。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.接下來需要在棱鏡后面增加一個虛擬面，30mm的空氣厚度，為坐標斷點使

26、用住光線解決辦法。 在IMAG面前插入一個面，設(shè)置為Coordinate Break，其Thickness為30mm，面3的厚度就為0.并雙擊CB面的Decenter X、Decenter Y、Tilt about X、Tilt about Y，選擇Chief Ray.,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.再看其3D圖和陰影圖如圖所示。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,1.復(fù)制粘貼該單元。用鼠標點擊面2并拖動鼠標到面4，即選中面2，3,4.按CTRL+C，再點擊IMAG面，再按CTRL+V，即在

27、IMAG面前面復(fù)制粘貼面2,3,4.再重復(fù)9次，即共復(fù)制粘貼10次。看其3D圖，一共有35個面，11個棱鏡單元。,例11 色散棱鏡（Dispersive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,2.全局坐標與局部坐標變換。 菜單Tools/Coordinates /Local to Gobal.，將局部坐標變?yōu)槿肿鴺??？梢娒總€面的Thickness和Tilt about X的值發(fā)生了變化。,菜單Tools/Coordinates / Gobal to Local .，將全局坐標變?yōu)榫植孔鴺恕?可見每個面的Thickness和Tilt about X的值發(fā)生了變化。,例11 色散棱鏡（Dis

28、persive Prism）,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,2.接下來使用全局坐標。 菜單Tools/Coordinates /Local to Gobal.，將局部坐標變?yōu)槿肿鴺恕？梢娒總€面的Thickness和Tilt about X的值發(fā)生了變化。,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,卡塞格林望遠鏡:由兩塊反射鏡組成的一種反射式望遠鏡，1672年為卡塞格林所發(fā)明。反射鏡中大的稱為主鏡，小的稱為副鏡。通常在主鏡中央開孔，成像于主鏡后面。它的焦點稱為卡塞格林焦點。,將要學(xué)到的：使用多項式的非球面，遮擋，孔徑，求解，優(yōu)化，圖層，MT

29、F 圖。,設(shè)計的使用范圍為可見光譜。我們將采用10英寸的孔徑，10英寸的后焦距（從主鏡的后面到焦點）。 由于只有矯正板和主反射面，先在光闌后插入兩個面。選擇“SYSTEM”，“GENERAL”，輸入10作為孔徑值。在同一個對話框中的units頁，將單位“毫米（Millimeters）”改為“英寸（Inches）”。 選擇“SYSTEM”，“WAVELENGTHS”，得到“波長數(shù)據(jù)”屏幕，設(shè)置3個波長：486，587，和656，其中587為主波長。單擊波長對話框底部的“選擇（Select-）”按鈕。 使用缺省的視場角0度（菜單SYSTEM/Field），在下表的表格中輸入數(shù)據(jù)。光闌被放在主面曲率

30、半徑的中心，這是為了排除視場像差（如彗差），它是Schmidt設(shè)計的特點。,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,2維圖形如圖E4-1所示。,圖 E4-1,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,現(xiàn)在我們將加入輔助鏡面，并安放像平面。讓ZEMAX為輔助面計算恰當?shù)那省?現(xiàn)在修改表格，使之如下表所示的以表達一個新的面。,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,注意我們已將主反射面的距離減小到-18，這將使輔助鏡面的尺寸減

31、小。像平面的距離現(xiàn)在是28，實際上，是在主反射面后10英寸。第4面的半徑已經(jīng)被加入了一個變量標記，我們將讓ZEMAX去找尋恰當?shù)那省Ｓ捎谶€沒有輸入任何的曲率，像并不清晰。更新圖層，如圖所示。,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,選擇“Editors/Merit Function”顯示評價函數(shù)編輯，從評價函數(shù)編輯窗口菜單中選“Tools/Default Merit Function”，單擊“Reset”，然后改變“Rings”選項為“5”，單擊OK，RINGS選項決定光線的采樣密度，此設(shè)計要求大于缺省的3。選“Tools/Optim

32、ization”，選“Automatic”，評價函數(shù)很快將下降到約1.3。這是剩余的RMS波差。單擊“ Exit ”， 然后選擇“SYSTEM/UPDATE ALL”，輔助鏡面的半徑已經(jīng)從“Infinity”被改為-41.83 。選擇“ ANALYSIS / /OPTICAL PATH”顯示OPD圖，OPD圖顯示離焦和球差，如圖E4-3所示。注意大約有4個波長的像差仍然有待改正。現(xiàn)在單擊第一面（光闌面）的“STANDARD”表面類型，從所顯示的對話框選擇“EVEN ASPHERE”。這種面型允許為非球面校正器指定多項式非球面系數(shù)。單擊OK，在第一面向右移動光標直到“4th Order Term

33、”列，鍵入Ctrl-Z。這樣就給這個參數(shù)設(shè)置了一個變量標記，當前為0。也在“6th Order Term”和“8th Order Term”上設(shè)置變量標記?，F(xiàn)在選擇“Tools”，“Optimization”，再單擊“Automatic”。幾秒鐘后，評價函數(shù)將會下降，這是由于ZEMAX平衡了高階球差。單擊“Exit”。,圖 E4-3,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,現(xiàn)在再次更新OPD圖，顯示如圖E4-4。球差已經(jīng)大體上被減小。注意現(xiàn)在的約束像差為色差，每一個波長值有不同數(shù)量的球差。這被稱為色球差，我們將糾正它。 這里要求有一點經(jīng)

34、驗以完成我們所需要的設(shè)計，為了矯正色球差，我們需要用軸上顏色來平衡它。這是一個常用的設(shè)計方法，即在同一種像差中，用低階像差來平衡高階像差。這里，色球差是一階軸上色差的高階分量。為了引入軸上色差，我們將改變第一面，即校正器的前面的曲率（這也使校正板Plate易于裝配，其原因我們此處不作討論）。,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,圖 E4-4,設(shè)置第一面的半徑為變量，再次優(yōu)化（ Tools ， Optimization ，Automatic）。評價函數(shù)將會再次下降?，F(xiàn)在單擊EXIT，更新OPD圖，如圖E4-5所示。 剩余的像差比1/2

35、0的波長還要小！ 打開視場角，調(diào)整設(shè)計。從主菜單，選SYSTEM，F(xiàn)IELDS，并將視場角的個數(shù)設(shè)置為3，輸入y-角0.0，0.3和0.5度。如果你現(xiàn)在更新并查看OPD圖，你將會在全視場看到大約1/2波長的彗差，我們只要再優(yōu)化就可以很容易地改正它。因為我們已改變了視場，我們必須重新創(chuàng)建評價函數(shù)。這是非常重要的一點！你必須鑒別缺省的評價函數(shù)是建立在你所定義的波長和視場基礎(chǔ)上的，如果你改變這些值，你必須重新創(chuàng)建評價函數(shù)。,圖E4-5,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,在評價函數(shù)編輯時，選Tools，DefaultMerit Funct

36、ion，并將RINGS改為4，單擊OK?，F(xiàn)在選Tools，Optimization，然后單擊Automatic，當已聚集后，單擊EXIT，再次更新OPD圖，圖顯示如圖E4-6，已是一個很好地平衡了像差的設(shè)計。,圖E4-6,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,假設(shè)我們將要用這個望遠鏡來拍攝。我們可能會對調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）感興趣，它指明了像的對比是空間頻率（通常以毫米的倒數(shù)為單位）的函數(shù)。要看MTF圖，可從主菜單中選擇Analysis，Diffraction，Modulation Transfer Function。MTF顯示如圖E

37、4-7所示。 MTF圖是一種非常有用的分析工具。圖中顯示了所有已給定視場的切向和徑向的響應(yīng)。但是，圖中仍然有些錯誤。一個有知識的設(shè)計者會認識到，所顯示的數(shù)據(jù)是一個圓形光瞳的自相關(guān)。真正的問題所在是我們還沒有說明系統(tǒng)中的這幾個通光孔徑和遮擋，存在著由輔助鏡面引起的遮擋，并且，在主反射面上還有一個缺口。如果我們加入這些影響，性能會減低，特別是在中間的空間頻率方面。,圖E4-7,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,要改正這個分析時的缺點，返回到LDE，雙擊第3面的第一列，從孔徑類型列中選圓形“Circular Aperture”，到Min

38、 Radius中輸入1.7。這表示所有的光線穿過表面時離軸距離必須要大于1.7英寸，這就是主反射面的缺口“Hole”。將“Max Radius”改為6。輔助鏡面上的遮擋較為復(fù)雜，在光學(xué)上它需要被放置在輔助鏡面前面。由于ZEMAX是按順序地追跡光線的，我們必須將它放置在主反射面前。在第三面，按下 Insert鍵，在校正面和主反射面之間鍵插入一個新的面。將新面（即第3面）的厚度從0改為20。往上移一行，將第2面的厚度由60改為40。對于主反射面來說，校正器與它的距離現(xiàn)在就是60。在第3面的第1列上雙擊，將孔徑類型設(shè)為“CircularObscuration”，并將“最大半徑（MaxRadius）”

39、 設(shè)為2.5，然后單擊OK。再將第3面的半口徑定為2.5。現(xiàn)在更新圖形。如圖E4-8所示。在遮擋器和輔助鏡面之間的小縫隙純粹是很小的一點。這種方式更容易被看到。如果你愿意，可以將它移到輔助鏡面的上面。,圖 E4-8,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,MTF現(xiàn)在已被主要是輔助鏡面產(chǎn)生的遮擋所改變。更新MTF窗口，看一下新的MTF，顯示如圖E4-9。,圖 E4-9,例12 施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章 ZEMAX設(shè)計實例,學(xué)習：使用多重結(jié)構(gòu)配置的性能。,設(shè)計一個激光光束擴展器，波長為=1.053

40、，輸入光束直徑為100mm，輸出光束的直徑為20mm，且輸入光束和輸出光束平行。限制條件： 1）只使用兩片鏡片。 2）設(shè)計必須是伽利略式的（沒有內(nèi)部焦點）。 3）在鏡片之間的間隔必須不超過250mm。 4）只允許使用1片非球面。 5）系統(tǒng)必須在=0.6328 時測試。 設(shè)計任務(wù)涉及到的不僅僅是改善像差，還需要兩個不同的波長。但是，系統(tǒng)不是同時在兩個波長處使用的。因此，我們可以在測試時移動共軛面。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,設(shè)計前先運行ZEMAX，在IMA面前插入4個面（點中IMA面，按insert鍵4次），并給它們設(shè)好變量，直到你的鏡片數(shù)據(jù)編輯器看上去如下表所示。,例1

41、3 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,注意“Glass”列右邊的好幾列才是“Focal Length”列(Par 1)。表頭“Focal Length”只在你將表面類型從“Standard”改變?yōu)椤癙araxial”后才會顯示。不是所有的列都會清楚地顯示出來。 注意近軸鏡片的使用是為了有平行光能到焦點。將厚度和焦距都設(shè)為25.00，并把入瞳直徑設(shè)為100，波長（一個）設(shè)為1.053微米，不要輸入任何其他的波長。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,鏡片厚度是任意設(shè)定的，但要符合我們的目標。250mm是由第3條要求得來的?，F(xiàn)在選“Editors”，“Merit Functi

42、on”，評價函數(shù)應(yīng)該是空的，只顯示一個“BLNK”（即Blank，意思是未被使用）操作數(shù)。在第一行，將操作數(shù)類型改為“REAY”，這個真實的Y約束將會被用來控制所要求的5:1的光束壓縮比。為“Srf#”輸入5（這是我們所要控制光高的面），為“Py”輸入1.00，在再輸入一個目標值10，這會給我們一個20mm直徑的平行輸出光束。在“Weight”中輸入一個1.0的值。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,在“Merit Function Editor”界面中，再選“Tools”，“Update”，你將會看到在Value列里出現(xiàn)一個50的值。這只是入瞳的半徑，因為我們在這一點上只有平

43、行平板。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,現(xiàn)在從”Merit Function Editor”菜單條中選Tools，Default Merit Function。再選Reset，然后將Start At域的值改為2，再單擊OK。這會使操作數(shù)從電子表格的第2行開始添加，以便保護已輸入的REAY操作數(shù)不被遺失,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,主菜單Tools/Optimization，然后單擊Automatic。當優(yōu)化完成后，單擊Exit。 主菜單Analysis/Fans/Optical Path, OPD圖如圖所示。大約有7個波長的波差，性能較差。,主要像差是

44、球差（ZEMAX已加入了離焦作為補償)。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,使第1面的圓錐系成為一個變量。返回到優(yōu)化工具單擊Automatic，評價函數(shù)會顯著下降?，F(xiàn)在單擊Exit，更新OPD圖，由于引入了一個合理的圓錐系數(shù)很容易地使系統(tǒng)性能達到了衍射極限。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,選File/Save As保存文件，為鏡片輸入名字：MC1.ZMX，單擊OK.去掉3個曲率和錐形上的變量。選System/Wavelengths，得到波長數(shù)據(jù)對話框，將波長從1.053改為0.6328，單擊OK，再次更新OPD圖。由于玻璃的色散，性能非常差。所顯示的像差明顯

45、離焦。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,通過調(diào)整鏡片間隔來改正它。使第2面的厚度250mm為可變，然后選Tools/Optimization，你將會看到只有一個變量列表。選Automatic，評價函數(shù)應(yīng)該會降低。單擊Exit，然后更新OPD圖，系統(tǒng)在新的波長和共軛處有大約一個波長的像差。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,再次鍵入Ctrl-Z去掉第2面的厚度變量。 現(xiàn)在用多重結(jié)構(gòu)配置功能。從主菜單選Editors/Multi-configuration，選Edit/Insert Config 插入一個新的結(jié)構(gòu)配置，雙擊第一行的第一列”1:MOFF”，從所顯示的

46、下拉框選擇WAVE，在同樣的對話框里，為“Wavelength # ”選擇1，單擊OK。這使得我們可以為每一個配置定義不同的波長。在“Config 1”下輸入1.053，在“Config 2”下輸入0.6328。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,按Insert為Multi Configuration Editor加入新的一行，在新的第“1”行的雙擊第一列，然后選THIC作為操作數(shù)類型。THIC操作數(shù)可讓我們?yōu)槊恳粋€配置定義不同的厚度。從Surface列選2，單擊OK，在Config 1下輸入250，在Config 2下輸入250。其中的2指的是第二面，因此我們已將第二面的厚度

47、作為多重結(jié)構(gòu)配置值定義了。鍵入Ctrl-Z，使結(jié)構(gòu)配置2下的第二面的厚度成為變量。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,返回到評價函數(shù)編輯器。選Tools/Default Merit Function，在顯示的對話框中，將StartAt的值改為1，這會使得缺省的評價函數(shù)從第一行開始?，F(xiàn)在單擊OK，將為多重結(jié)構(gòu)配置實例重建評價函數(shù)。 現(xiàn)在需要將原先輸入的REAY約束加入新的多配置評價函數(shù)中。在評價函數(shù)編輯器的第一行，注意在“CFG#”列有一個寫著1的CONF操作數(shù)，此操作數(shù)將當前活動的結(jié)構(gòu)配置改變?yōu)?。在這一行的下面，有3個OPDX操作數(shù)。在CONF和第一個OPDX間，插入新的一行

48、，將該行的操作數(shù)類型改為REAY，為“Srf# ”輸入5（這是我們用來控制光線高度的一面），為Py輸入1.00。輸入目標值10，將會使我們得到直徑為20mm的平行輸出光束。任何在CONF 1下的操作數(shù)都將被限制在此配置中。在CONF 2下，不需要任何的操作數(shù)，因為在兩個波長處都已有了5:1的光束壓縮比。 現(xiàn)在回到鏡片數(shù)據(jù)編輯器，使第1、2和4面的曲率為變量，再將第一面的圓錐系數(shù)也設(shè)為變量。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,選Tools/Optimization到優(yōu)化屏幕，注意共有5個變量被激活（3個曲率，1個錐形，一個多重結(jié)構(gòu)配置厚度），現(xiàn)在單擊Automatic，結(jié)束后單擊Exit。 現(xiàn)在雙擊多配置編輯器的Config 1列頭，更新OPD圖，注意其特性在波長1.053處非常好。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX設(shè)計實例,雙擊Config 2列頭，更新OPD圖（這一次為.6328處）。同樣也被很好地修正了。注意多重結(jié)構(gòu)配置編輯器顯示的為兩個波長設(shè)置的兩個厚度。鍵盤快捷鍵Ctrl-A可用來在這兩個配置之間快速地切換。多配置可能有復(fù)雜得多的應(yīng)用，但步驟是一樣的。,例13 激光束擴大器,第三章 ZEMAX