ZEMAX光学设计课件.doc

优选授课课件设计|Excellentteachingplan实验一：单镜头设计(Singlet)实验目的：1、学习如何启用Zemax2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lensdata）3、学习如何察看系统性能（opticalperformance），如rayfan，OPD，点列图（spotdiagrams），MTF等4、学习如何定义thicknesssolve以及变量（variables）5、学习如何进行优化设计（optimization）实验仪器：微机、zemax光学设计软件实验步骤：1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focallength）为100mm，波长为可见光，用BK7玻璃为资料2、第一运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，尔后点击lensdataeditor(LDE)什么是LDE呢？它是你要的工作场所，在LDE的扩展页上，能够输入采纳的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，地址等3、尔后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelengthdata，键入你要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。

在第二、三行键入0.587及0.656，尔后在primarywavelength上点在0.587的地址，primarywavelength主若是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxialoptics，即first-orderoptics)下的几个主要参数，如 focallength，magnification，pupilsizes等4、确定透镜的孔径大小既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无量远入射所形成的effectivefocallengthF跟paraxialentrancepupil的直径的比值所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)于是从systemmenu上选generaldata，aperturetype里选择entrancepupil，在 apervalue上键入25，尔后点击ok5、回到LDE，能够看到3个不同样的surface，依序为OBJ，STO及IMAOBJ就是发光物，即光源，STO即孔径光阑aperturestop的意思，STO不用然就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，平时第一面镜就是STO，若不是这样，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。

而IMA就是imagineplane，即成像平面回到我们的singlet，我们需要就在STO后边再插入一个镜片，编号为2，平时4个面OBJ为(surface)，于是点击IMA栏，采纳0，STO为1，而IMA为3insert，6、输入镜片的材质为BK7在STO列中的7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的glass栏上，直接键入thickness为4，在BK7即可STO列中的thickness栏上直接键入4Zemax的默认单位是mm8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正当，反之为负值再令第2面镜的thickness为100优选授课课件设计|Excellentteachingplan9、现在数据已大概输入达成如何检验你的设计可否达到要求呢？选中的RayAberration，将会出现如图1-1所示的TRANSVERSEanalysis中的fans，尔后选择其RAYFANPLOT图1-1其中rayaberration是以chiefray为参照点计算的纵轴为EY的，即是在Y方向的aberration，称为tangential也许YZplane。

同理X方向的aberration称为XZplane或sagittalrayfan在原点处的倾斜说明存在离焦defocus10、Zemax主要的目的，就是帮我们更正defocus，用solves就可以解决这些问题solves是一些函数，它的输入变量为curvatures，thickness，glasses，semi-diameters，conics，以及相关的parameters等parameters是用来描述或补足输入变量solves的型式如curvature的型式有chiefrayangle，pickup，Marginalraynormal，chiefraynormal，Aplanatic，Elementpower，concentricwithsurface等而描述chiefrayanglesolves的parameter即为angle，而补足pickupsolves的parameters为surface，scalefactor两项，所以parameters自己不是solves，要调整的变量才是solves的对象在 surface2栏中的thickness项上点两下，出现solve对话框，把solvetype从fixed变成MarginalRayheight，尔后OK。

这项调整会把在透镜边缘的光在光轴上的height为0，即paraxialfocus此时surface2的厚度自动调整为96mm再次updaterayfan，将出现图1-2，defocus不见了11、但这是最正确化设计吗？再次调整surface1的radius项从fixed变成variable，依次把surface2的radius从fixed变成variable，及surface2中thickness的MarginalRayheight也变成variable12、我们再来定义一个Meritfunction，什么是Meritfunction呢？Meritfunction就是把你理想的光学要求规格定为一个标准(这样例中focallength为100mm)，尔后Zemax会连续调整你输入solves中的各种variable,把计算得的值与你订的标准相减就是Meritfunction值，所以Meritfunction值愈小愈好，挑出最小值时即达成variable设定，理想的Meritfunction值为0如何设Meritfunction，Zemax已经default一个内建的meritfunction，它的功能是把RMSwavefronterror减至最低，所以先在editors中选Meritfunction，进入其中的Tools，再按DefaultMeritFunction键，再按ok，即我们采纳defaultMeritfunction，这还不够，我们还要规定给merit优选授课课件设计|Excellentteachingplanfunction一个焦距focallength为100的限制，因为若不给此限制则Zemax会发现focallength为infinit时，wavefrontaberration的收效会最好，自然就违反我们的设计要求。

所以在Meritfunctioneditor第行中此后插入一行，即显示出第2行，代表surface2，在此列中的type项上键入EFFL(effectivefocallength)，并回车，同列中的target项键入100，并回车，weight项中定为1，并回车跳出Meritfunctioneditor，在Tools中选optimization项，按Automatic键，达成后跳出来，此时你已达成设计最正确化重新检验rayfan，将出现图1-3，这时maximumaberration已降至200microns图 1-2图 1-3优选授课课件设计|Excellentteachingplan13、其他检验opticalperformance还可以够用SpotDiagrams及OPD等从Analysis中选spotdiagram中的standard，则该spot大概为400microns上下左右交叉，与Airydiffractiondisk比较而言，后者大概为6microns交叉而 OPD为opticalpathdifference(跟chiefray作比较)，从Analysis中选泽Fans，尔后选泽OpticalPath，将出现图1-4，其中的aberration大概为20waves，多半focus，spherical，spherochromatism及axialcolor。

Zemax供应一个确定firstorderchromaticabberation的工具，即thechromaticfocalshiftplot，这是把各种光波的focallength跟用primarywavelength计算出firstorder的focallength之间的差异对输出光波的wavelength作图，图中可指出各光波在paraxialfocus上的variation从Analysis中 Miscellaneous项的ChromaticFocalShift即可得出图1-5图 1-4图 1-5优选授课课件设计|Excellentteachingplan实验二：双胶合镜头（doublet）实验目的：1、学习如何画出layouts和fieldcurvatureplots2、学习如何定义edgethicknesssolves,fieldangles等实验仪器：微机、zemax光学设计软件实验原理：一个双胶合镜头d。