1、將要學(xué)到的：更好地理解坐標(biāo)斷點(diǎn)，為傾斜和偏心系統(tǒng)設(shè)立的符號(hào)約定，反射鏡面的應(yīng)用。先前的課程中講述了如何設(shè)計(jì)一個(gè)牛頓望遠(yuǎn)鏡，那一課中介紹了反射鏡面和坐標(biāo)斷點(diǎn)概念，該課的重點(diǎn)為：1）厚度在經(jīng)過一個(gè)鏡面后總是會(huì)改變符號(hào)。經(jīng)過奇數(shù)面的鏡面后，總厚度應(yīng)該是負(fù)的。此符號(hào)的約定與鏡面的數(shù)量或坐標(biāo)斷點(diǎn)的存在無關(guān)。2）坐標(biāo)斷點(diǎn)通常成對(duì)出現(xiàn)，并夾在反射面中間。,例8折疊反射鏡面和坐標(biāo)斷點(diǎn),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,如何在會(huì)聚光束中手動(dòng)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(gè)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Paraxi

2、al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(duì)話框里輸入孔徑值20（這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)F/5鏡片）。單擊OK關(guān)閉對(duì)話框?，F(xiàn)在選Analysis，Layout，3DLayout執(zhí)行一次3D圖形。你將會(huì)看到左邊出現(xiàn)一個(gè)平面，光線集中在右邊的一個(gè)焦點(diǎn)上。任何光學(xué)系統(tǒng)都可用來產(chǎn)生會(huì)聚光束，為簡(jiǎn)單起見用一個(gè)近軸鏡片表達(dá)。,例8折疊反射鏡面和坐標(biāo)斷點(diǎn),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,加入單個(gè)反射鏡面使會(huì)聚光束方向向上。反射鏡面的初始位置的方向?yàn)?5度。假設(shè)我們需要反射鏡面離開近軸透鏡30mm的距離，就要求有3個(gè)新的鏡面：一個(gè)

3、坐標(biāo)斷點(diǎn)使坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)45度，一個(gè)反射鏡面，還有另外一個(gè)使反射光旋轉(zhuǎn)45度。關(guān)鍵的一點(diǎn)是：這三個(gè)面都要求使用一個(gè)單反射鏡面來實(shí)現(xiàn)。要加入三個(gè)表面，在像面行上任何一處單擊，使光標(biāo)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(fù)的，因?yàn)榻?jīng)過奇數(shù)面的鏡面后厚度符號(hào)改變。現(xiàn)在更新3D圖形窗口。圖會(huì)被重畫，你將看到從焦點(diǎn)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(diǎn)上。反射鏡面沒有被傾斜。,例8折疊反射鏡面和坐標(biāo)斷點(diǎn),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,要使反射鏡面傾斜45度，可雙擊第2和4面的

4、表面類型列，將這些面改為坐標(biāo)斷點(diǎn)，并從下拉列表中選CoordinateBreak。向右滾動(dòng)屏幕（用光標(biāo)鍵或LDE底部的滾動(dòng)條）直到出現(xiàn)參量列。在第2和4面上會(huì)有一系列的0。單擊第4面的Parameter3列，出現(xiàn)列頭顯示“TiltAboutX”。在該格上雙擊（確信你是在第4面上），在彈出的對(duì)話框中，下拉列表中選Pickup作為一種求解（Solve）類型，設(shè)FromSurface為2，ScaleFactor為1.0。這會(huì)使第二個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)旋轉(zhuǎn)始終與第一個(gè)保持同樣的旋轉(zhuǎn)角。單擊OK。注意在表格的值旁有個(gè)“P”，表明是從求解（pickupsolve）中得到的?，F(xiàn)在移到第2面，在“tiltaboutx”

5、列里輸入45。從主菜單選System，UpdateAll，你將看到如圖所示的圖形。,例8折疊反射鏡面和坐標(biāo)斷點(diǎn),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,注意近軸鏡片的厚度為30，位于第一個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)頂點(diǎn)。坐標(biāo)斷點(diǎn)的厚度是0，表示反射鏡面是在同一點(diǎn)上。但是，坐標(biāo)斷點(diǎn)已將坐標(biāo)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(biāo)系統(tǒng)，才被旋轉(zhuǎn)。鏡面的厚度為0，因?yàn)槲覀冊(cè)谝频较乱粋€(gè)面前，要旋轉(zhuǎn)另一個(gè)45度。第二個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)先旋轉(zhuǎn)另一個(gè)45度，然后向焦點(diǎn)移動(dòng)-70個(gè)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(shí)現(xiàn)另一個(gè)反射鏡面，單擊像面使光標(biāo)落在那兒，按Insert鍵3次。將第四面的厚度從-70改為-30，

6、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(hào)的改變），再將第5和7面的表面類型改為坐標(biāo)斷點(diǎn)，在第5面對(duì)X軸傾斜中輸入45度。在第7面的對(duì)X軸的傾斜（tiltaboutx）上雙擊，在此參量上安放一個(gè)pickupsolve。求解（pickup）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(biāo)斷點(diǎn),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)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“pickupsolves”，就可很容易地通過改變2個(gè)數(shù)字將光束傾斜。試著在第2和5面的“

7、tiltaboutx”中輸入30和-60，然后選System，UpdateAll可看到3維圖上的影響。,例8折疊反射鏡面和坐標(biāo)斷點(diǎn),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,要求：設(shè)計(jì)一個(gè)掃面系統(tǒng)，掃描一個(gè)直徑為50mm的氦氖激光光束，掃描角度10，后面有一個(gè)F/3的聚焦透鏡系統(tǒng)。分析：需要設(shè)計(jì)一個(gè)F/3的雙膠合透鏡，EPD為50mm，留5mm的邊緣冗余量，波長(zhǎng)為氦氖激光的紅色波長(zhǎng)，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/wavelengths.波長(zhǎng)為氦氖激光的紅色波長(zhǎng)0.6328，一個(gè)FIELD.如圖建立各面,如圖設(shè)置各面的

8、Thickness、Glass。雙擊面5的radius，設(shè)置Fnumber為3，其Radius自動(dòng)變?yōu)?92.483261.,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,使面2成為反折鏡，透鏡參照面1旋轉(zhuǎn)90角，點(diǎn)擊tools/Coordinates/addfoldmirror,打開對(duì)話框，輸入如下值。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,顯示如下圖。反折鏡面后方所有面的厚度均變號(hào)。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,現(xiàn)在，為了使鏡面成為一個(gè)掃描鏡，需要傾斜它。因?yàn)閽呙杞嵌葹?0。所以在45標(biāo)稱位置

9、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(duì)話框中輸入如下值。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,更新3D圖如圖所示。這個(gè)工具插入了額外的兩個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)面，所以現(xiàn)在這個(gè)鏡面在45的標(biāo)稱位置傾斜了5。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,建立一個(gè)在45標(biāo)稱位置掃描角為5的模型。點(diǎn)擊Editor/Multi-configuration,打開多重結(jié)構(gòu)編輯器。在多重結(jié)構(gòu)編輯器里點(diǎn)擊兩次edit/insertconfig,這樣就有三個(gè)結(jié)構(gòu)。雙擊編輯器最左

10、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（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,接著編輯輸入如下值。,在3DLayout界面中點(diǎn)擊Setting,打開設(shè)置對(duì)話框，如下設(shè)置相關(guān)參數(shù)?？吹剿腥齻€(gè)結(jié)構(gòu)都重疊了。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,這時(shí)，可以手動(dòng)按鍵盤的CTRL-A改變結(jié)構(gòu)。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)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

11、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(diǎn)擊菜單“tool/Apertures/ConvertSemi-DiameterstoMaximumApertures”進(jìn)行設(shè)置。,優(yōu)化：當(dāng)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(píng)價(jià)函數(shù)以適應(yīng)新的結(jié)構(gòu)。重新運(yùn)行默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)工具。運(yùn)行菜單“Editor/MeritFunction”,在MeritfunctionEditor窗口中，運(yùn)行“tools/defaultmeritfunctions”,在打開的窗口中進(jìn)行如下設(shè)置。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,例9掃面鏡（S

12、canningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,先看看當(dāng)前的點(diǎn)圖。運(yùn)行菜單“Analysis/spotdiagrams/configurationmatrix”,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,玻璃代替：本例中所有的3個(gè)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(yùn)行“Tools/Optimization/GlassSubstitutionTemplate.”，進(jìn)行如下設(shè)置：,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,掃描鏡分為兩類：Galvanometer反射鏡和Polygon反射鏡。Galv

13、anometer反射鏡：鏡面在頂點(diǎn)的傾斜；Polygon反射鏡：在鏡面頂點(diǎn)后面的一個(gè)偏置點(diǎn)處掃描。目前是Galvanometer反射鏡掃描。接下來進(jìn)行Polygon反射鏡設(shè)計(jì)。假設(shè)鏡面頂點(diǎn)到多邊形的中心距離為60mm，將LED中進(jìn)行如下設(shè)置,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,然后在LDE中雙擊面4，打開面4的屬性對(duì)話框，進(jìn)行如下的設(shè)置。,例9掃面鏡（ScanningMirror）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,再看其3DLayout圖，如圖所示，此時(shí)掃描鏡關(guān)于后表面傾斜。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,拋物面非

14、常有用，能把一束平行光會(huì)聚成一個(gè)點(diǎn)，而沒有像差。離軸拋物面常用在,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,標(biāo)準(zhǔn)面的k=-1時(shí)就形成拋物面。創(chuàng)建一個(gè)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-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,其3D布局圖和OPDfan如圖所示，非常理想。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)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(gè)“U”，表示這

15、是用戶定義的。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,接下來使反射鏡大些。雙擊面2，打開其屬性對(duì)話框，進(jìn)行如下設(shè)置。確定,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,再看其3D布局圖，如圖所示,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,在反射鏡面2的前面增加一個(gè)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-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,復(fù)制該系統(tǒng)。方法一：在Y方向的平移量增加

16、。使他成為多重結(jié)構(gòu)。運(yùn)行菜單“Editor/Multi-configuration”,打開多重結(jié)構(gòu)編輯器，在該編輯器中點(diǎn)擊Edit/InsertConfig,并進(jìn)行如下設(shè)置。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,雙擊IMAG面，打開其屬性設(shè)置對(duì)話框，進(jìn)行如下設(shè)置，選中“MakeSurfaceGlobalCoordinateReference”復(fù)選框。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,在3DLayout中運(yùn)行setting，在設(shè)置對(duì)話框中的configuration選擇ALL。,例10離軸拋物鏡（Of

17、f-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,其3DLayout如圖所示。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,方法二：使用面孔徑得到。回到最初的文件狀態(tài)。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,雙擊面3（MIRROR），打開其屬性對(duì)話框，在“Aperture”頁進(jìn)行如下設(shè)置。,設(shè)置后，其3D顯示如下：,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,在坐標(biāo)斷點(diǎn)CB前面增加兩個(gè)新的dummysurfaces.,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabol

18、as）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,設(shè)置meritfunction。菜單Editor/MeritFunction,打開其編輯器，插入兩個(gè)操作數(shù)。雙擊第1個(gè)操作數(shù)的Type列，在下拉菜單中選擇GLCZ,surface欄中輸入3.雙擊第2個(gè)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(gè)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(diǎn)擊Optimization進(jìn)行優(yōu)化。評(píng)價(jià)函數(shù)值變?yōu)?.,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,再平

19、移和傾斜。運(yùn)行菜單Tools/Coordinates/Tilt/DecenterElements.，打開其對(duì)話框。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,在Tilt/DecenterElements對(duì)話框中，進(jìn)行如下設(shè)置。OK，再看其3D圖如圖所示。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,再看其3D圖如圖所示?？梢?，一對(duì)坐標(biāo)斷點(diǎn)用來傾斜了反射鏡，坐標(biāo)系統(tǒng)在第2個(gè)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-AxisParabolas）,第三章ZEMA

20、X設(shè)計(jì)實(shí)例,接下來我們要使像平面在光束的中心。通過使用另一個(gè)CB實(shí)現(xiàn)。在反射鏡MIIROR后面插入一個(gè)新的CB面（面7）。把面9由標(biāo)準(zhǔn)面變?yōu)镃B面，如圖所示。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)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（pickupfrom面5）。將面9的DecenterY和TiltaboutX的solvetype設(shè)置為ChiefRay.,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,此時(shí)的3D如圖所示。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabol

21、as）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,下面進(jìn)行多重結(jié)構(gòu)。運(yùn)行菜單Editor/Multi-configuration,打開多重結(jié)構(gòu)設(shè)置框。,在該對(duì)話框中，雙擊第1列，在下拉菜單中選擇PRAM，并進(jìn)行如下設(shè)置。,例10離軸拋物鏡（Off-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,在多重結(jié)構(gòu)對(duì)話框中，運(yùn)行Edit/InsertConfig，產(chǎn)生3個(gè)多重結(jié)構(gòu)，輸入這3個(gè)機(jī)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-AxisParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,設(shè)置像面的Semi-Diameter為maximum.,例10離軸拋物鏡（Off-Ax

22、isParabolas）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,看其3D圖，按Ctrl-A可見3重結(jié)構(gòu)的3D圖。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.建立單個(gè)色散棱鏡:EPD=10mm,Afocalmodel，波長(zhǎng)0.55微米。執(zhí)行菜單System/General.，打開對(duì)話框，如下設(shè)置。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.建立單個(gè)色散棱鏡:EPD=10mm,Afocalmodel，波長(zhǎng)0.55微米。執(zhí)行菜單System/Wavelengths.，打開對(duì)話框，如下設(shè)置。,例11色散棱鏡（DispersivePrism

23、）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.在LDE中，IMAG面前面插入兩個(gè)面，并如下設(shè)置相關(guān)參數(shù)。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.在LDE中，雙擊面2，打開面2的屬性對(duì)話框，在其Tilt/Decenter頁中進(jìn)行如下設(shè)置。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.在LDE中，雙擊面3，打開面3的屬性對(duì)話框，在其Tilt/Decenter頁中進(jìn)行如下設(shè)置。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.看其3D圖和陰影圖如圖所示。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）

24、,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.為面2和面3增加一個(gè)矩形孔徑。在LDE中，雙擊面2，打開面2的屬性對(duì)話框，在其Aperture頁中進(jìn)行如下設(shè)置。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.為面2和面3增加一個(gè)矩形孔徑。在LDE中，雙擊面3，打開面3的屬性對(duì)話框，在其Aperture頁中進(jìn)行如下設(shè)置。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.再看其3D圖和陰影圖如圖所示。注意：光線偏離了坐標(biāo)系統(tǒng)。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.接下來需要在棱鏡后面增加一個(gè)虛擬面，30m

25、m的空氣厚度，為坐標(biāo)斷點(diǎn)使用住光線解決辦法。在IMAG面前插入一個(gè)面，設(shè)置為CoordinateBreak，其Thickness為30mm，面3的厚度就為0.并雙擊CB面的DecenterX、DecenterY、TiltaboutX、TiltaboutY，選擇ChiefRay.,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.再看其3D圖和陰影圖如圖所示。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,1.復(fù)制粘貼該單元。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊面2并拖動(dòng)鼠標(biāo)到面4，即選中面2，3,4.按CTRL+C，再點(diǎn)擊IMAG面，再按CTRL+V，即在IM

26、AG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(gè)面，11個(gè)棱鏡單元。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,2.全局坐標(biāo)與局部坐標(biāo)變換。菜單Tools/Coordinates/LocaltoGobal.，將局部坐標(biāo)變?yōu)槿肿鴺?biāo)。可見每個(gè)面的Thickness和TiltaboutX的值發(fā)生了變化。,菜單Tools/Coordinates/GobaltoLocal.，將全局坐標(biāo)變?yōu)榫植孔鴺?biāo)。可見每個(gè)面的Thickness和TiltaboutX的值發(fā)生了變化。,例11色散棱鏡（DispersivePrism）,第三章ZEM

27、AX設(shè)計(jì)實(shí)例,2.接下來使用全局坐標(biāo)。菜單Tools/Coordinates/LocaltoGobal.，將局部坐標(biāo)變?yōu)槿肿鴺?biāo)?？梢娒總€(gè)面的Thickness和TiltaboutX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(jì)實(shí)例,卡塞格林望遠(yuǎn)鏡:由兩塊反射鏡組成的一種反射式望遠(yuǎn)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(diǎn)稱為卡塞格林焦點(diǎn)。,將要學(xué)到的：使用多項(xiàng)式的非球面，遮擋，孔徑，求解，優(yōu)化，圖層，MTF圖。,設(shè)計(jì)的使用范圍為可見光譜。我們將采用10英寸的孔徑，

28、10英寸的后焦距（從主鏡的后面到焦點(diǎn)）。由于只有矯正板和主反射面，先在光闌后插入兩個(gè)面。選擇“SYSTEM”，“GENERAL”，輸入10作為孔徑值。在同一個(gè)對(duì)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(zhǎng)數(shù)據(jù)”屏幕，設(shè)置3個(gè)波長(zhǎng)：486，587，和656，其中587為主波長(zhǎng)。單擊波長(zhǎng)對(duì)話框底部的“選擇（Select-）”按鈕。使用缺省的視場(chǎng)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半徑的中心，這是為了排除視場(chǎng)像差（如彗差），它是Schmidt設(shè)計(jì)的

29、特點(diǎn)。,例12施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)實(shí)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(jì)算恰當(dāng)?shù)那省，F(xiàn)在修改表格，使之如下表所示的以表達(dá)一個(gè)新的面。,例12施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)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小。像平面的距離現(xiàn)在是28，實(shí)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

30、一個(gè)變量標(biāo)記，我們將讓ZEMAX去找尋恰當(dāng)?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(jì)實(shí)例,選擇“Editors/MeritFunction”顯示評(píng)價(jià)函數(shù)編輯，從評(píng)價(jià)函數(shù)編輯窗口菜單中選“Tools/DefaultMeritFunction”，單擊“Reset”，然后改變“Rings”選項(xiàng)為“5”，單擊OK，RINGS選項(xiàng)決定光線的采樣密度，此設(shè)計(jì)要求大于缺省的3。選“Tools/Optimization”，選“Automatic”，評(píng)價(jià)函數(shù)很快將下降到約1.3。這是剩余的RMS波差

31、。單擊“Exit”，然后選擇“SYSTEM/UPDATEALL”，輔助鏡面的半徑已經(jīng)從“Infinity”被改為-41.83。選擇“ANALYSIS/OPTICALPATH”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(gè)波長(zhǎng)的像差仍然有待改正?，F(xiàn)在單擊第一面（光闌面）的“STANDARD”表面類型，從所顯示的對(duì)話框選擇“EVENASPHERE”。這種面型允許為非球面校正器指定多項(xiàng)式非球面系數(shù)。單擊OK，在第一面向右移動(dòng)光標(biāo)直到“4thOrderTerm”列，鍵入Ctrl-Z。這樣就給這個(gè)參數(shù)設(shè)置了一個(gè)變量標(biāo)記，當(dāng)前為0。也在“6thOrderTerm”和“8thOrde

32、rTerm”上設(shè)置變量標(biāo)記?，F(xiàn)在選擇“Tools”，“Optimization”，再單擊“Automatic”。幾秒鐘后，評(píng)價(jià)函數(shù)將會(huì)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(jì)實(shí)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(gè)波長(zhǎng)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(diǎn)經(jīng)驗(yàn)以完成我們所需要的設(shè)計(jì)，為了矯正色球差，我們需要用軸上顏色來平衡它。這是一個(gè)常用的設(shè)計(jì)方法，即在同一種像差中，用低階像差來平衡高階像差

33、。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(jì)實(shí)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(píng)價(jià)函數(shù)將會(huì)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1/20的波長(zhǎng)還要?。〈蜷_視場(chǎng)角，調(diào)整設(shè)計(jì)。從主菜單，選SYSTEM，F(xiàn)IELDS，并將視場(chǎng)角的個(gè)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

34、新并查看OPD圖，你將會(huì)在全視場(chǎng)看到大約1/2波長(zhǎng)的彗差，我們只要再優(yōu)化就可以很容易地改正它。因?yàn)槲覀円迅淖兞艘晥?chǎng)，我們必須重新創(chuàng)建評(píng)價(jià)函數(shù)。這是非常重要的一點(diǎn)！你必須鑒別缺省的評(píng)價(jià)函數(shù)是建立在你所定義的波長(zhǎng)和視場(chǎng)基礎(chǔ)上的，如果你改變這些值，你必須重新創(chuàng)建評(píng)價(jià)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(jì)實(shí)例,在評(píng)價(jià)函數(shù)編輯時(shí)，選Tools，DefaultMeritFunction，并將RINGS改為4，單擊OK?，F(xiàn)在選Tools，Optimization，然后單擊Automatic，當(dāng)已聚集后，單擊EXIT，再次更新OPD圖，圖顯

35、示如圖E4-6，已是一個(gè)很好地平衡了像差的設(shè)計(jì)。,圖E4-6,例12施密特-卡塞格林系統(tǒng)(Schmidt-Cassegrain),第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,假設(shè)我們將要用這個(gè)望遠(yuǎn)鏡來拍攝。我們可能會(huì)對(duì)調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）感興趣，它指明了像的對(duì)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，ModulationTransferFunction。MTF顯示如圖E4-7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(chǎng)的切向和徑向的響應(yīng)。但是，圖中仍然有些錯(cuò)誤。一個(gè)有知識(shí)的設(shè)計(jì)者會(huì)認(rèn)識(shí)到，所顯示的數(shù)據(jù)是一個(gè)圓形光瞳

36、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(gè)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(gè)缺口。如果我們加入這些影響，性能會(huì)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(jì)實(shí)例,要改正這個(gè)分析時(shí)的缺點(diǎn)，返回到LDE，雙擊第3面的第一列，從孔徑類型列中選圓形“CircularAperture”，到MinRadius中輸入1.7。這表示所有的光線穿過表面時(shí)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“MaxRadius”改為6。輔助鏡面上的遮擋較為復(fù)雜，在

37、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(gè)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(duì)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）”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(diǎn)。這種方式更容易被看到。如果你愿意，可以將它移到

38、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(jì)實(shí)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(jì)實(shí)例,學(xué)習(xí)：使用多重結(jié)構(gòu)配置的性能。,設(shè)計(jì)一個(gè)激光光束擴(kuò)展器，波長(zhǎng)為=1.053，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(jì)必須是伽利略式的（沒有內(nèi)部焦點(diǎn)）。3）在鏡片之間的間隔必須不超過250mm。4

39、）只允許使用1片非球面。5）系統(tǒng)必須在=0.6328時(shí)測(cè)試。設(shè)計(jì)任務(wù)涉及到的不僅僅是改善像差，還需要兩個(gè)不同的波長(zhǎng)。但是，系統(tǒng)不是同時(shí)在兩個(gè)波長(zhǎng)處使用的。因此，我們可以在測(cè)試時(shí)移動(dòng)共軛面。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,設(shè)計(jì)前先運(yùn)行ZEMAX，在IMA面前插入4個(gè)面（點(diǎn)中IMA面，按insert鍵4次），并給它們?cè)O(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13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,注意“Glass”列右邊的好幾列才是“FocalLength”列(Par1)。表頭“FocalLength”只在你將表面類型從“Standard”改變?yōu)椤癙araxial”

40、后才會(huì)顯示。不是所有的列都會(huì)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(diǎn)。將厚度和焦距都設(shè)為25.00，并把入瞳直徑設(shè)為100，波長(zhǎng)（一個(gè)）設(shè)為1.053微米，不要輸入任何其他的波長(zhǎng)。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,鏡片厚度是任意設(shè)定的，但要符合我們的目標(biāo)。250mm是由第3條要求得來的。現(xiàn)在選“Editors”，“MeritFunction”，評(píng)價(jià)函數(shù)應(yīng)該是空的，只顯示一個(gè)“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(gè)真實(shí)的Y約束將會(huì)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

41、面），為“Py”輸入1.00，在再輸入一個(gè)目標(biāo)值10，這會(huì)給我們一個(gè)20mm直徑的平行輸出光束。在“Weight”中輸入一個(gè)1.0的值。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,在“MeritFunctionEditor”界面中，再選“Tools”，“Update”，你將會(huì)看到在Value列里出現(xiàn)一個(gè)50的值。這只是入瞳的半徑，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@一點(diǎn)上只有平行平板。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,現(xiàn)在從”MeritFunctionEditor”菜單條中選Tools，DefaultMeritFunction。再選Reset，然后將StartAt域的值改為2，再單擊OK。這會(huì)使操作

42、數(shù)從電子表格的第2行開始添加，以便保護(hù)已輸入的REAY操作數(shù)不被遺失,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,主菜單Tools/Optimization，然后單擊Automatic。當(dāng)優(yōu)化完成后，單擊Exit。主菜單Analysis/Fans/OpticalPath,OPD圖如圖所示。大約有7個(gè)波長(zhǎng)的波差，性能較差。,主要像差是球差（ZEMAX已加入了離焦作為補(bǔ)償)。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,使第1面的圓錐系成為一個(gè)變量。返回到優(yōu)化工具單擊Automatic，評(píng)價(jià)函數(shù)會(huì)顯著下降?，F(xiàn)在單擊Exit，更新OPD圖，由于引入了一個(gè)合理的圓錐系數(shù)很容易地使系統(tǒng)性能達(dá)到了衍射

43、極限。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,選File/SaveAs保存文件，為鏡片輸入名字：MC1.ZMX，單擊OK.去掉3個(gè)曲率和錐形上的變量。選System/Wavelengths，得到波長(zhǎng)數(shù)據(jù)對(duì)話框，將波長(zhǎng)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。所顯示的像差明顯離焦。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)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(huì)看到只有一個(gè)變量列表。選Automatic，評(píng)價(jià)函數(shù)應(yīng)該會(huì)降低。單擊Exit，然后更新OPD圖，系統(tǒng)在新的波長(zhǎng)和

44、共軛處有大約一個(gè)波長(zhǎng)的像差。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,再次鍵入Ctrl-Z去掉第2面的厚度變量?，F(xiàn)在用多重結(jié)構(gòu)配置功能。從主菜單選Editors/Multi-configuration，選Edit/InsertConfig插入一個(gè)新的結(jié)構(gòu)配置，雙擊第一行的第一列”1:MOFF”，從所顯示的下拉框選擇WAVE，在同樣的對(duì)話框里，為“Wavelength#”選擇1，單擊OK。這使得我們可以為每一個(gè)配置定義不同的波長(zhǎng)。在“Config1”下輸入1.053，在“Config2”下輸入0.6328。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,按Insert為MultiConfi

45、gurationEditor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€(gè)配置定義不同的厚度。從Surface列選2，單擊OK，在Config1下輸入250，在Config2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(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,返回到評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器。選Tools/DefaultMeritFunction，在顯示的對(duì)話框中，將StartAt的值改為1，這會(huì)使得缺省的評(píng)價(jià)函數(shù)從第一行開始?，F(xiàn)在單擊OK，將為

46、多重結(jié)構(gòu)配置實(shí)例重建評(píng)價(jià)函數(shù)?，F(xiàn)在需要將原先輸入的REAY約束加入新的多配置評(píng)價(jià)函數(shù)中。在評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器的第一行，注意在“CFG#”列有一個(gè)寫著1的CONF操作數(shù)，此操作數(shù)將當(dāng)前活動(dòng)的結(jié)構(gòu)配置改變?yōu)?。在這一行的下面，有3個(gè)OPDX操作數(shù)。在CONF和第一個(gè)OPDX間，插入新的一行，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(biāo)值10，將會(huì)使我們得到直徑為20mm的平行輸出光束。任何在CONF1下的操作數(shù)都將被限制在此配置中。在CONF2下，不需要任何的操作數(shù)，因?yàn)樵趦蓚€(gè)波長(zhǎng)處都已有了5:1的光束壓縮比?，F(xiàn)在回到鏡片數(shù)據(jù)編輯

47、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(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,選Tools/Optimization到優(yōu)化屏幕，注意共有5個(gè)變量被激活（3個(gè)曲率，1個(gè)錐形，一個(gè)多重結(jié)構(gòu)配置厚度），現(xiàn)在單擊Automatic，結(jié)束后單擊Exit?，F(xiàn)在雙擊多配置編輯器的Config1列頭，更新OPD圖，注意其特性在波長(zhǎng)1.053處非常好。,例13激光束擴(kuò)大器,第三章ZEMAX設(shè)計(jì)實(shí)例,雙擊Config2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(gè)波長(zhǎng)設(shè)置的兩個(gè)厚度。鍵盤快捷鍵Ctrl-A可用來在這兩個(gè)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。,