《光學(xué)設(shè)計》上機實驗指導(dǎo)書

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1、 《光學(xué)設(shè)計》上機實驗指導(dǎo)書 西安工業(yè)大學(xué)光電工程學(xué)院 1 目 錄 實驗一 單透鏡設(shè)計 3 實驗二 雙透鏡 10 實驗三 牛頓望遠(yuǎn)鏡 16 實驗四 帶有非球面矯正器的施密特---卡塞格林系統(tǒng) 21 實驗五 多重結(jié)構(gòu)配置的激光束擴大器 29 實驗六 折疊反射鏡面和坐標(biāo)斷點 33 實驗七 雙交合透鏡設(shè)計 37 附 錄 常見光學(xué)設(shè)計專業(yè)詞匯表 38 實驗一 單透鏡

2、設(shè)計 (A Singlet) 一、實驗?zāi)康模? （1）熟悉光學(xué)設(shè)計軟件Zemax操作界面； （2）將知道如何鍵入光學(xué)系統(tǒng)的波長（wavelength)、鏡頭數(shù)據(jù)(Lens Data)、光線像差(Ray Aberration)、fan，光程差（OPD)，點列圖（spot diagrams )等等。 （3）確定厚度求解方法（thickness solve)和變量（variables)，執(zhí)行簡單光學(xué)設(shè)計最佳化。 二、實驗環(huán)境： （1）、硬件環(huán)境：普通PC機 （2）、軟件環(huán)境：ZEMAX軟件平臺 三、實驗內(nèi)容： 設(shè)計一個相對孔徑F/4單鏡片，在光軸上可見光譜范圍內(nèi)使用，其焦距（foc

3、al length）為100mm，用冕牌BK7來作鏡片。 四、實驗步驟： 首先，運行ZEMAX。ZEMAX主屏幕會顯示鏡片數(shù)據(jù)編輯(LDE)，可以對LDE窗口進行移動或重新調(diào)整尺寸，以適應(yīng)你自己的喜好。LDE有多行和多列組成，類似于電子表格，曲率半徑(radius)、厚度(thickness)、玻璃(class)和半徑口徑(Aperture)等列使用最多，其他的則在特定類型的光學(xué)系統(tǒng)中才會用到。 LDE中的小格會以“反白”方式高亮顯示，即以與其它格子不同的背景顏色將字母顯示在屏幕上。這個反白條表示的是光標(biāo)，可以用鼠標(biāo)在格子上點擊來操作。 然后，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。開始，輸入系統(tǒng)波長，這個不一

4、定先完成，只不過現(xiàn)在我們選定了這一步。在主屏幕菜單條上，選擇“系統(tǒng)(system)”菜單下的“波長（Wavelength)”。 屏幕中間會彈出一個“波長（Wavelength Data)”對話框。ZEMAX中有許多這樣的對話框，用來輸入數(shù)據(jù)和提供選擇。用鼠標(biāo)在第二和第三行的“使用（Use）”上單擊一下，將會增加兩個輸入波長使總數(shù)成為三。現(xiàn)在，第一個“波長”行中輸入486，這是氫F譜線的波長，單位為微米。ZEMAX全部使用微米作為波長的單位?，F(xiàn)在，第二行波長列中輸入587，最后在第三行輸入656，這就是ZEMAX中所有有關(guān)輸入數(shù)據(jù)的操作。這個指示器指出了主要的波長（primary wavele

5、ngth），當(dāng)前為486微米。在主波長的第二行上單擊，指示器下移到587的位置。主波長用來計算近軸參數(shù), 主要是用來計算光學(xué)系統(tǒng)在近軸光學(xué)近似(paraxial optics，即first-order optics)下的幾個主要參數(shù)，如focal length，magnification，pupil sizes等。 “權(quán)重（weight）”這一列用在優(yōu)化上，以及計算波長權(quán)重數(shù)據(jù)如RMS點尺寸?，F(xiàn)在讓所有的權(quán)為1.0，單擊OK保存所做的改變，然后推出波長數(shù)據(jù)對話框。 現(xiàn)在我們定義鏡片的一個口徑。這可以使ZEMAX在處理其他的事情上，知道每個鏡片該被定義多大。我們設(shè)計一個F/4的透鏡，需要一個

6、25mm的孔徑（100mm的焦距，相對孔徑F/4）。設(shè)置這個孔徑值，選擇“系統(tǒng)(system)”中的“通常（General）”菜單項，出現(xiàn)“通常數(shù)據(jù)（General Data）”對話框，單擊“孔徑值（Aper Value）”一格，輸入25，孔徑類型選擇“入瞳直徑（Entrance Pupil Diameter）”，也可以選擇其它類型的孔徑設(shè)置。ZEMAX模型光學(xué)系統(tǒng)使用一系列的表面，每一個表面有一個曲率半徑和玻璃。在LDE中顯示有三個面。物平面，在左邊以O(shè)BJ表示；光闌面，以STO表示；像面，以IMA表示。對我們開說，但透鏡一共四個面：物平面、前鏡面（光闌面）、后表面和像面。要插入第四個表面，

7、只需將光標(biāo)移動像平面的“無限（Infinity）之上，按INSERT鍵。這將會在那一行插入一個新的面，并將像平面下移，新面被標(biāo)為第2面。注意物體所在面為第0面，然后才是第1、第2、第3面。 現(xiàn)在輸入使用的玻璃。移動光標(biāo)到第一個面的“玻璃（Glass）”列，即在左邊標(biāo)作STO的面。輸入“BK7”回車。ZEMAX有一個非常廣泛的玻璃目錄可用，我們所用的僅僅是BK7，ZEMAX回去查找所選定的玻璃并計算每一波長的色散系數(shù)等數(shù)據(jù)。 由于透鏡的孔徑是25mm，合理的鏡片厚度是4mm。移動光標(biāo)到第1個面的厚度列并輸入“4”，缺省單位是毫米。 現(xiàn)在，需要為鏡片輸入每一面的曲率半徑值，前面和后面的半徑分

8、別是100和-100。在第1和2面中分別輸入這些值。在這里注意符號約定。在鏡片焦點處設(shè)置像平面的位置，所以要輸入一個100的值，作為第2面的厚度。 如何判斷鏡片是否好呢？最有用的判斷工具是光學(xué)特性曲線圖。要產(chǎn)生一幅光學(xué)特性曲線圖，先選擇“分析（Analysis）”菜單，然后選擇“圖（Fan）”菜單，在選擇“光線像差（Ray Aberration）”將會看到光學(xué)特性曲線圖在一個小窗口顯示出來。其中ray aberration是以chief ray為參考點計算的?？v軸為EY的，即是在Y方個的aberration，稱作tangential或者YZ plane。同理X方向的aberration稱為X

9、Z plane或sagittal。光線特性圖如圖E1-1所示。圖形以光瞳坐標(biāo)的函數(shù)形式表示了橫向的光線像差（指的是以主光線為基準(zhǔn)）。左邊的圖形Y方向的像差，右圖為XZ面上的像差。此光學(xué)特性曲線表示出了一個明顯的設(shè)計錯誤，光學(xué)特性曲線通過原點的傾斜表示有離焦現(xiàn)象存在。 E1-1 為了糾正離焦，在鏡片的后面的Solve來進行。為了將像面設(shè)置在近軸焦點上，在第2面的厚度上雙擊，彈出SOLVE對話框，它只簡單顯示“固定（Fixed）”。在下拉框上單擊，將SOLVE類型改變?yōu)椤斑吘壒饩€（Marginal Ray Height）”，然后單擊OK。用這樣的求解辦法將會調(diào)整厚度使像面上的邊緣光線高度為

10、0，即是近軸焦點。注意第2面的厚度會自動調(diào)整到約為96mm?，F(xiàn)在，更新光學(xué)特性曲線圖看其變化，如圖E1-2所示，離焦已消失，主要的像差是球差。現(xiàn)在是否最佳設(shè)計呢？ E1-2 下面要用優(yōu)化來完成本設(shè)計的工作。首先，設(shè)一些變量，然后設(shè)置設(shè)計要求（目標(biāo)Targets）或操作數(shù)（Operands）。有三個變量是鏡片的前、后曲率和第二面的厚度，這些變量可以用離焦補償球差。將光標(biāo)移到第一面的半徑列，雙擊，得到一下拉的選擇列，其中包括變量狀態(tài)，注意：“V”表示一個可變的變量。再在第2面半徑及厚度上設(shè)置變化的標(biāo)志。第2面的厚度變化時，它的值會覆蓋先前用求解定出的值。 現(xiàn)在給鏡片定義以“評價函數(shù)（Me

11、rit Function）”。一個理想的鏡頭它的評價函數(shù)的值為0。從主菜單中選擇“編輯（Editors）”菜單下的“評價函數(shù)”，會出現(xiàn)一個表格。從這個新的窗口的菜單條上，選擇“工具（Tools）”菜單下的“ 缺省評價函數(shù)”。再在出現(xiàn)的對話框中，點擊Reset，然后OK，ZEMAX就會建立一個合理的缺省評價函數(shù)。它由一系列的可以使得RMS波前差最小的追跡光線組成，但這不夠，因為除了使彌散斑尺寸最小外，還需要是鏡頭的焦距為100mm。 在第一行中的任何一處單擊鼠標(biāo)，使光標(biāo)移動到評價函數(shù)編輯的第一行，按下INSERT鍵插入新的一行?，F(xiàn)在，在“TYPE”列下，輸入“EFFL”然后按回車。此操作數(shù)控制

12、有效焦距。移動光標(biāo)到“Target”列，輸入“100”然后按回車。其“權(quán)重（Weight）”輸入一個值：1。這就完成了評價函數(shù)的定義，可以在窗口的左上角雙擊，評價函數(shù)編輯器從屏幕中移走評價函數(shù)不會丟失，ZEMAX會自動將它保存。 現(xiàn)在主菜單條中選擇“工具”菜單下的“最佳優(yōu)化（Optimization）”，會顯示最優(yōu)化工具對話框。在復(fù)選框中選擇自動更新，然后單擊“自動（Automatic）”。ZEMAX會很快減少評價函數(shù)。單擊“退出”關(guān)閉最優(yōu)化對話框。 最佳化的結(jié)果是使鏡片彎曲。結(jié)果所得出的鏡片曲率使焦距大致為100mm，并且使這個簡單的系統(tǒng)具有了一個盡可能小的RMS波前差。因為EFFL限制

13、是一個被看做與其他的像差一樣的“權(quán)重”指標(biāo)。 現(xiàn)在分析一下光學(xué)特性曲線圖研究計算結(jié)果，最佳化的設(shè)計結(jié)果的最大的像差為200微米，如圖E1-3所示。 E1-3 衡量光學(xué)性能的另一個方法是產(chǎn)生一個點列圖。選擇“分析”菜單下的“點列圖”選項，然后選其中的“標(biāo)準(zhǔn)（Standard）”,點列圖將會顯示在另一個窗口中。此點列圖的彌散大小是400微米。作為比較，艾利衍射斑的大小粗略約為6微米。 另一個有用的判斷工具光程差OPD圖。這是以光瞳坐標(biāo)為函數(shù)的分布圖，選擇“分析”菜單下的“圖（Fan）”再選擇“光程（Optical Path）”。如圖E1-4所示。這個系統(tǒng)大約有20個波長波像差，大部分為

14、焦面上的球差、色球差和軸上色差。 E1-4 從光線圖中，明顯看出，色差是其主要像差。ZEMAX為一階色差的大小提供了另一種簡便的工具：多色光焦點漂移圖。這種圖形把焦距作為一種波長的函數(shù)，它指出了近軸焦點的變化。選擇“分析”菜單中的“多方面（Miscella-neous）”，然后再選“多色光焦點漂移0圖（Chromatic Focal Shift）”。如圖E1-5所示，注意縱坐標(biāo)表示波長范圍，覆蓋定義的波長段，焦距的最大變化范圍約為1540微米。對于但透鏡鏡片來說，其曲線的單調(diào)變化類型是很典型的。為了修正一階多色差，要求更換另一種玻璃材料。這就是實驗二要解決的問題。 E1-5 思

15、考題：結(jié)合附錄的常見專業(yè)英文詞匯，認(rèn)真熟悉ZEMAX軟件？ 實驗二 雙透鏡 (A Doublet) 一、實驗?zāi)康模? （1）熟悉光學(xué)設(shè)計軟件Zemax操作界面； （2）將知道如何產(chǎn)生圖層、視場曲率圖、定義視場角等等。 （3）用離焦來平衡球差的方法和定義邊緣厚度求解。 二、實驗環(huán)境： （1）、硬件環(huán)境：普通PC機 （2）、軟件環(huán)境：ZEMAX軟件平臺 三、實驗內(nèi)容： 設(shè)計一個相對孔徑F/4雙交合透鏡鏡片，在光軸上可見光譜范圍內(nèi)使用，其焦距（focal length）為100mm，用冕牌BK7和火石玻璃SF1來作鏡片

16、。 四、實驗步驟： 一個雙透鏡包括兩片玻璃，通常（但不一定）是膠合的，因此它們有一個共同的曲率，通過使用兩片具有不同色散特性的玻璃，一階色差可以被矯正。也就是說，我們需要得到拋物線形的多色光焦點漂移圖，而不是直線的。這反過來會產(chǎn)生較好的像質(zhì)。現(xiàn)在，我們保持先前100mm焦距和在軸上的設(shè)計要求，下面將會加入視場角。如何選擇這兩片玻璃需要一些技巧，參考Smith的《現(xiàn)代光學(xué)工程學(xué)（Modem Optical Engineening）》里有關(guān)的例子。由于此例的目的是教你如何使用ZEMAX，而不是設(shè)計鏡片，這里只建議選擇BK7和SF1這兩種玻璃。如果你完成了剛才的例子，且單透鏡片仍然被裝載著，不需

17、要重新輸入設(shè)計的波長。否則，需按照前面的例子所述的方法輸入波長和孔徑?，F(xiàn)在必須插入新的面，知道你的LDE窗口看上去下面的表格。不是所有的列都被顯示出來。如果需要移動光闌的位置以使第一面成為光瀾面，可以通過雙擊所要使之成為光瀾面的那一行的表面類型列，然后選擇“Make Surfase Stop”按鈕。 因為在BK7和SF1這兩種介質(zhì)中沒有空隙，這是一個膠合透鏡。ZEMAX自己不會模擬膠合鏡片，它只能簡單地模擬使兩片不歐力相接觸。 如果在先前的例子中，仍然保留了評價函數(shù)，那么，不需要重新創(chuàng)建評價函數(shù)。否則，需重新創(chuàng)建一個評價函數(shù)，包括EFFL操作數(shù)，如前一個例子所描述的。 現(xiàn)在，從主菜單

18、下選擇“工具”-“最佳化”，單擊“自動”，評價函數(shù)會開始減小，等它停止后單擊“退出”。顯示多色光焦點漂移圖，看是否已有一些提高（如果你的屏幕上還沒有準(zhǔn)備好，選擇“Analysis”，“Miscellaneous（各種的）”，Chromatic Focal“）。與圖E2-2類似。 圖E2-2 現(xiàn)在以經(jīng)減小了色差的線性項，二階色差占了優(yōu)勢，因此如拋物線形狀所示。注意多色光焦點漂移量減少為74微米。（單透鏡為1540微米）。 還有另外的玻璃選擇可以產(chǎn)生好的設(shè)計。要看ZEMAX玻璃目錄中的其他玻璃類型，選擇“tools”，“Glass Catalogs”。瀏覽完目錄后單擊“Exit”， 現(xiàn)

19、在，通過在光學(xué)特性曲線窗口中選擇“Update”更新光學(xué)特性曲線圖（如果光學(xué)特性曲線窗口沒有顯示出來，則在主菜單中選擇“Analysis”，“Fans”，“Ray Aberration”）。如圖E2-1所示。最大的橫向光學(xué)像差已經(jīng)被減小到約20微米。這對于單透鏡在200微米處來說是一個質(zhì)的提高。注意光學(xué)特性曲率圖原點處的斜率對于每一個波長相對離焦也很小的，但是斜率不為0。這隱含了離焦被用來平衡球差的意思。有S形彎曲的光學(xué)特性曲線是典型的用離焦平衡球面鏡片的例子。 E2-1 現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計了一個具有較好的性能特征的鏡片，鏡片看上去怎么樣呢？選擇“Analysis”，“Layout”，“2D

20、 Layout”，一個簡單的鏡片的二維剖面圖如E2-3所示。圖中顯示了從第一面到像屏幕（缺省值，也可設(shè)成其他值）的鏡片，同時還有三條（缺省情況下）主波長光線從每個視場到像平面。這三條光線分別為入瞳——本例中也就是第一面——的上邊緣、中心和底部的光線。很明顯，第1個鏡片有較尖的邊緣。根據(jù)圖形很難說出邊緣厚度是正的或負(fù)的。而且，如果鏡片尺寸稍微大一點會更好。這樣可使鏡片的實用清晰孔徑會比口徑要小，會給諸如拋光和裝配等提供邊緣空間。 可以通過考慮這些因素來提高設(shè)計。為了決定實際的邊緣厚度，可將光標(biāo)移動到第一面的任意一列（例如，在LDE有“BK7”字樣處單擊）。現(xiàn)在選擇“Reports”，“Surf

21、ace Data”，將會出現(xiàn)一個窗口，顯示了改面的邊緣厚度，所給出的值是0.17，稍偏小。 在修整偏小的邊緣厚度之前，先將鏡片放大。移動光標(biāo)到第一面的半口徑“Semi-Diameter”列，鍵入“14”替代所顯示的12.5并顯示“14.000000U”。“U”標(biāo)志著這個孔徑是用戶自定義的。如果“U”沒有顯示，表示ZEMAX允許此孔徑可隨要求定義。可鍵入Ctrl-Z來取消“U”標(biāo)志，或在半口徑上雙擊，并為求解類型選擇“Automatic”，作了這些改變后，選擇“System”，“Update”更新孔徑值。14這個值為半口徑，表示全口徑為28mm。同樣，在第二面和第三名中也輸入14。 E2

22、-3 更新圖層。現(xiàn)在孔徑已經(jīng)被放大了，但第一個邊緣厚度是負(fù)的，更新表面數(shù)據(jù)窗口查看新的邊緣厚度，它會變成一個負(fù)數(shù)。為了得到一個更為合理的邊緣厚度，可以增加中心厚度，但是，還有一個更有用的保持邊緣厚度為一個特定值的方法。 假設(shè)需要保持邊緣厚度在3mm，在第一面的厚度列中雙擊，會出現(xiàn)“Solve Control”屏幕，從顯示的求解列表中選擇“Edge thickness”，兩個值會被顯示，一個是“厚度（Thickness）”，一個是“半徑高（Radial Height）”。設(shè)厚度為3，半徑高為0（如果半徑高是0，ZEMAX使用所定義的半口徑），然后單擊“OK”。在LDE中，第一面的厚度已被調(diào)整

23、過，字母“E”顯示在框中，表示此參量為一個活動的邊緣厚度解。 再次更新表面數(shù)據(jù)窗口，邊緣厚度3會被列出。也可以選擇“System”，“Update All”一次性更新所有的窗口。這將會刷新圖層和光學(xué)特性曲線圖。通過調(diào)整厚度，已對鏡片的焦距作了一點改變。然后，再進行最佳化（選擇“Tools”，“Optimization”，然后選“Automatic”）。最佳化后，單擊“Exit”，然后選擇“System”，“Update All”，再一次刷新圖形。 現(xiàn)在來測試雙透鏡的離軸特性。從主菜單選擇“System”,“Field”得到“Field Data”對話框，單擊第2和第3行的“Use”，選擇3

24、個視場。在下面的y視場列的第2行，輸入7（即7度），在第3行輸入10.使對于軸上的第1行保持為0.使x視場的值也為0.因為一個旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)，其x視場的值也為0，因為一個旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)，其x視場的值很小。單擊OK關(guān)閉對話框。 現(xiàn)在選擇“System”，“Update All”（系統(tǒng)，更新），光學(xué)特性曲線（rayfan）圖顯示在圖E2-4中，你所得的也許會有點不同，這要看你在設(shè)置了求解（SOLVE）后是如何重新優(yōu)化的。 E2-4 就如這些圖中顯示的，鏡頭的軸外特性是很差的，原因是我們只對軸上特性進行了優(yōu)化?，F(xiàn)在是什么像差限制了我們呢？可以來分析光學(xué)特性曲線圖，判別出場曲是主要像差，此像差可

25、以通過場曲曲線圖圖來估計。選擇“Analysis”，“Miscellaneous”，“Field Curv/Dist”，場曲曲線如圖E2-5所示。注意左圖表示出了近焦點的漂移為一個關(guān)于視場角的函數(shù)，而右圖則表示了有以近軸光線為基準(zhǔn)的實際光線的畸變。場曲曲線圖上的所有信息都可從光學(xué)特性曲線圖中得到，場曲曲線與光學(xué)特性曲線圖中的斜率成比例。 在校正視場彎曲時是由技巧的，實際上，球差和慧差也同樣如此。這些技巧在Smith的《Modern Optical Engineering》中也有提及。 E2-5 　　思考題：結(jié)合光學(xué)設(shè)計教材的相關(guān)內(nèi)容，分析實驗中的像差特性曲線情況？ 實驗

26、三 牛頓望遠(yuǎn)鏡 (A Newtonian Telescope) 一、實驗?zāi)康模? （1）熟悉光學(xué)設(shè)計軟件Zemax操作界面； （2）將知道如何使用圓錐常量（conic constants）、坐標(biāo)中斷（coordinate breaks）、三維圖形（three dimensional layouts）、遮擋（obscurations）等等。 （3） 熟悉反射鏡（mirrors）的設(shè)計方法。 二、實驗環(huán)境： （1）、硬件環(huán)境：普通PC機 （2）、軟件環(huán)境：ZEMAX軟件平臺 三、實驗內(nèi)容： 設(shè)計一個焦距為1000mm、相對孔徑為F/5望遠(yuǎn)鏡鏡片，在光軸上可見光譜范圍內(nèi)使用。

27、 四、實驗步驟： 牛頓望遠(yuǎn)鏡時最簡單的用來矯正軸上像差的望遠(yuǎn)鏡，而且它對于闡明ZEMAX的一些基本操作非常有用。首先，牛頓望遠(yuǎn)鏡時由一個簡單的拋物線形鏡面組成的，而且除此之外別無他物。拋物線很好第矯正了所有階是我球差，由于我們只將望遠(yuǎn)鏡使用在軸上系統(tǒng)，所以根本就沒有其他的像差。為了重新開始，先關(guān)閉LDE外的所有窗口，選擇“File”，“New”。 假設(shè)需要一個1000mmF/5的望遠(yuǎn)鏡，這暗指需要一個曲率半徑為2000mm的鏡面，和一個200mm的孔徑。移動光標(biāo)的第一面，即光瀾面的曲率半徑列，輸入-2000.0，負(fù)號表示為凹面，現(xiàn)在在同一個面上輸入厚度值-1000，這個負(fù)號表示通過鏡面折射

28、后，光線將往“后方”傳遞。現(xiàn)在在同一面的“Glass”列輸入“MIRROR”，選擇“System”，“General”，然后在“通用數(shù)據(jù)對話框（General Data Dialog Box）”中輸入一個200的孔徑值，并單擊“OK”。 ZEMAX使用的缺省值是波長550，視場角0，這對于我們的目標(biāo)來說是可接受的?，F(xiàn)在打開一個圖層窗口，光線顯示了從第一面到像平面的軌跡，此時像平面在鏡面的左邊。如果你現(xiàn)在演示一個標(biāo)準(zhǔn)的點列圖（拉下“Anolysis”菜單，選擇“Spot Diagram”，再選“Standard”或鍵入“Ctrl-S”），將會看到一幅RMS為77.6微米的點列圖。評定像質(zhì)的一種

29、較為簡便的方法是將艾利（Airy）衍射斑加到點列圖的頂部。進行此操作，可從點列圖的菜單條選擇“Setting”，在“Show Scale”選項中選擇“Airy Disk”，然后單擊“OK”，所得的點列圖如圖E3-1所示。 所列的RMS點的尺寸是77.6微米，光線并沒有達(dá)到衍射極限(衍射極限是多少)的原因是沒有輸入圓錐常量。原先所輸入的2000這個曲率半徑只是定義了一個球形，需要一個錐形常量-1來定義拋物線。在第一面的“Conic”列輸入-1，敲回車，現(xiàn)在選“Systen”，“Update”菜單項刷新所有的窗口，在更新后的點列圖上，可以看到有一小簇的光線在六角環(huán)帶的中心，RMS點尺寸是0.

30、 這個高像質(zhì)的圖象所處的位置并不好。由于像處在入射光路的光程中，圖象無法接受。這通常在鏡面后安放一個轉(zhuǎn)折光線用的反射面來調(diào)整，反射鏡面以45度的角度傾斜，將像從光軸上往外轉(zhuǎn)出來，為了使用轉(zhuǎn)折面，首先必須定下它安放在那里。由于入射的光束為200mm寬，我們所需要的像平面至少要離開光軸100mm，選擇200mm，因此折疊鏡面必須距主反射有800mm。 E3-1 先從改變第一面的厚度著手，將之移動光標(biāo)到像平面，按Insert在主面與像平面之間插入一個虛構(gòu)的面。新的面很快被轉(zhuǎn)換為折疊面。虛構(gòu)面的作用只是簡單地用來安放折疊鏡面。 在新的虛構(gòu)面上輸入一個-200的厚度值，保持鏡面到像平面的總距離

31、為-1000.0。（如何定義）。 現(xiàn)在單擊“Tools”，“Add Fold Mirror”，然后設(shè)置“Fold Surface”為2，單擊“OK”，所得電子表格會被顯示出來，而且會與下表相似。 現(xiàn)在可以看看新的折疊式牛頓反射鏡系統(tǒng)。先前所使用的圖將不再起作用（它只對旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)有作用），取而代之的是3維圖形，可通過“Analysis”，“Layout”，“3D Layout”菜單來得到。一旦三維圖形顯示出來，即可用左、右、上、下、Page Up和Page Down鍵來控制圖形的旋轉(zhuǎn)。ZEMAX允許圖形的交互式旋轉(zhuǎn)。圖E3-2顯示了一種可能的投影。 E3-2 這個設(shè)計投影圖可用

32、多種方法完善。首先，光線從物體到鏡面可被顯示出來，還有，落在折疊鏡面后面的光線應(yīng)該被攔去，且不允許它落在像平面上。這對于真正的系統(tǒng)來說，是非常重要的，因為光線在通常的光學(xué)系統(tǒng)中，不可能物理地穿過反射鏡。 首先，將光標(biāo)停在第一面，在光闌前加入一個虛構(gòu)的面。現(xiàn)在使得虛構(gòu)面的厚度為900mm，雙擊第一面的“Standard”,在對話框中為孔徑類型選擇圖形遮攔（“Circular Obscuration”），在光束中安放一個“遮攔（Obscuration）”，這樣就考慮到了折疊反射鏡阻擋了一些光束。為“最大半徑（Max Radius）”輸入40，然后單擊OK，再更新3維圖。系統(tǒng)現(xiàn)在如圖E3-3所示，

33、看上去更為實際。如果不是所有的表面都是可見的，選擇“Setting”，然后將第一面和最后一面的選項分別改為1和6，或單擊“Reset”，然后按“OK”。 此處描述的過程，就是所有使用折疊反射鏡所要注意的。坐標(biāo)斷點除了反射鏡以外，也可用在TIP，傾斜和偏心光學(xué)部件上。完整的光學(xué)部件可以被移動，可參考ZEMAX所附帶的一些設(shè)計例子。 E3-3 思考題：復(fù)習(xí)應(yīng)用光學(xué)與光學(xué)設(shè)計課程內(nèi)容，如何利用ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件實現(xiàn)以下兩幅圖的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計樣式？ E3-4 E3-5 實驗四 帶有非球面矯正器的施密特---卡塞格林系統(tǒng) (Schmidt-Cassegrain) 一、實驗

34、目的： （1）熟悉光學(xué)設(shè)計軟件Zemax操作界面； （2）將知道如何使用多項式的非球面（polynomial aspheric surface），遮擋（obscurations），孔徑（apertures），求解（solves），優(yōu)化（optimization），圖層（layouts），MTF圖等等。 二、實驗環(huán)境： （1）、硬件環(huán)境：普通PC機 （2）、軟件環(huán)境：ZEMAX軟件平臺 三、實驗內(nèi)容： 設(shè)計一個后焦距為10英寸、孔徑為10英寸多項式的非球面矯正器的施密特---卡塞格林系統(tǒng)，在光軸上可見光譜范圍內(nèi)使用。 四、實驗步驟： 由于只有矯正板和主反射面，進行這個設(shè)計

35、是比較簡單的，因此開始時先在光闌后放入兩個面。選擇“SYSTEM”，“GENERAL”。輸入10作為孔徑值。同一個屏幕上，將單位“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。這些步驟可以用一個操作來完成：單擊波長對話框底部的“選擇（Select->）”按鈕。 現(xiàn)在，將使用缺省的視場角0度，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，這是為了排除視場像差（如慧差），它是Schmidt設(shè)計的特點。 現(xiàn)在演示一下圖形

36、以驗證一切是否就緒。標(biāo)準(zhǔn)2維圖形將會很好地工作，將會看到如E4-1所示的圖形。 E4-1 現(xiàn)在加入輔助鏡面，并安放像平面。以后將讓ZEMAX為輔助面計算恰當(dāng)?shù)那拾霃?，現(xiàn)在修改表格，使之如下表所示的以表達(dá)一個新的面。 注意我們已將反射面的距離減少到-18，這將使輔助鏡面的尺寸減小。像面的距離現(xiàn)在是28，實際上，使在主反射鏡面后10英寸。第四面的半徑已經(jīng)被加入了一個表量標(biāo)記識，將讓ZEMAX去找恰當(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，檢查你的工作，它應(yīng)該如圖E4-2所示。 E4-2 現(xiàn)在選擇“Editors”，“Merit Function”顯示評價函數(shù)

37、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”，“Optimization”，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?，F(xiàn)在選擇“ANALYSIS”，“FANS”，“OPTICAL PATH”演示OPD圖。OPD圖顯示離焦和球差，如圖E4-3

38、所示。 E4-3 注意大約4個波長的像差仍然有待改變。現(xiàn)在單擊第一面（光闌面）的“STANDRD”表面類型，從所顯示的對話框選擇“EVENASPHERE”。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(biāo)直到“4th Order Term”列，鍵入Ctrl-l。這樣就給這個參數(shù)設(shè)置了一個變量標(biāo)識，當(dāng)前為0.也在“6th Order Term”和“8th Order Term”上設(shè)置變量標(biāo)識。現(xiàn)在選擇“Tools”，“Optimization”，再單擊“Automatic”。幾秒鐘后，評價函數(shù)下降，這是由于ZEMAX平衡了高階球差。單擊“Exit”。 現(xiàn)

39、在再次更行OPD圖，顯示如圖E4-4所示。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，這個被稱為色球差，我們將很快校正它。 這里要求有一點經(jīng)驗已完成所需要的設(shè)計，為了矯正色球差，需要用軸上顏色來平衡它。這就是一個常用的設(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，將改變第一面，即校正器的前面的曲率。 E4-4 現(xiàn)在設(shè)置第一面的半徑為變量，再次優(yōu)化。評級函數(shù)將會再次下降?，F(xiàn)在單擊EXIT，更行OPD圖，如圖E4-5所示。 E4-5 這是所要求的解決方法，剩余的像差比1/20的波長還

40、要小，現(xiàn)在可以打視場角，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0.0，0.3，0.5度。 現(xiàn)在更新查看OPD圖，將會在全視場看到大約1/2波長的慧差，應(yīng)為改變了視場，因此必須重新創(chuàng)建評價函數(shù)。在評價函數(shù)編輯時，“Tools”，“Default Merit Function”，然后改變“Rings”選項為“4”，單擊OK。 現(xiàn)在選“Tools”，“Optimization”，選“Automatic”，當(dāng)已聚焦后，單擊EXIT，再次更新OPD圖，如圖E4-6所示，已是一個很好地平衡了像差的設(shè)計。 E4-6 假設(shè)將要用這個望遠(yuǎn)鏡來拍攝?？赡軙φ{(diào)

41、制傳遞函數(shù)MTF感興趣，它指明了像的對比是空間頻率的函數(shù)。要看MTF圖，可以從主菜單中選擇Analysis，Diffaction，Modulation Transfer Function。MTF圖如圖E4-7所示。 MTF圖是一種非常有用的分析工具。圖中顯示所有已給定視場的切向和徑向的響應(yīng)。但是途中顯示有些錯誤，所顯示的數(shù)據(jù)是一個圓形光瞳的自相關(guān)。真正的問題所在是還沒有說明系統(tǒng)中的這幾個通光孔徑和遮擋，并且，在主反射面上還有一個缺口。如果加入這些影響，性能會降低，特別是在中間的空降頻率方面。 E4-7 要改正這個分析時的缺點，返回到LDE，雙擊第三面的第一列，從口徑類型列中選圓形“C

42、ircular Aperture”，到MIN Radius中輸入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是按順序追跡光線的，必須將它放置在主反射面前。 當(dāng)仍然在第三面時，按下INSERT鍵，在較正面和主反射面之間插入一個新的面，將新面的厚度改為20.往上移一行，將第二面的厚度改為40.對于主反射面來說，校正器與它的距離現(xiàn)在就是60，已經(jīng)簡單地加入了一個中介面。在第3面的第1列上雙擊，將孔徑類型設(shè)為“Circular Obscuration”，并將“最大半徑（Max Radi

43、us）”設(shè)為2.5，然后單擊OK。再將第3面的半口徑定位2.5.更新圖形。如果正確地進行了這些步驟，將會看到如圖E4-8所示的圖形。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。 E4-8 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，看新的MTF E4-9。 E4-9 實驗五 多重結(jié)構(gòu)配置的激光束擴大器 (A Multi-configuration laser beam wxpander) 一、實驗?zāi)康模? （1）熟悉光學(xué)設(shè)計軟件Zemax操作界面； （2）將知道使用多重結(jié)構(gòu)配置的性能。 二、實驗環(huán)境： （

44、1）、硬件環(huán)境：普通PC機 （2）、軟件環(huán)境：ZEMAX軟件平臺 三、實驗內(nèi)容： 假設(shè)需要設(shè)計一個激光光束擴展器，使用的波長為λ＝1.053μ，輸入光束直徑為100mm，輸出光束直徑為20mm，且輸入光束和輸出光束平行。如果全場沒有限制，設(shè)個設(shè)計是比較容易的，但是為了使之變得復(fù)雜一點，將加上幾條限制條件： 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排尿非球面。 5）系統(tǒng)必須在λ＝0.6328μ時測試。 四、實驗步驟： 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

45、時在兩個波長處使用的。因此，可以在測試時移動共軛面。設(shè)計前先運行ZEMAX，插入幾個面，并給它們設(shè)好變量，鏡片數(shù)據(jù)編輯器看上去如下表所示。注意“Glass”列右邊的好幾列才是“Focal Lenth”列。表頭“Focal Lenth”只在將表面類型從“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。 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

46、”，“Merit Function”，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（這是所要控制光高的面），為“Py”輸入1.00，在再輸入一個目標(biāo)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值，再選“tools”，“Update”。將會看到在Value列出現(xiàn)一個50的值。這只是入瞳的半徑，因為在這一點上只有平行平板。現(xiàn)在從Editor菜單條中選Tools，Default Merit Function

47、。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。 現(xiàn)在從主菜單條選Tools，Optimization，然后單擊Automatic。當(dāng)優(yōu)化完成后，單擊Exit，載從主菜單選Analysis，F(xiàn)ans，Optical Path，將會看到如圖E5-1所示的OPD圖。大約有7個波長的波差，性能較差。 E5-1 主要像差是球差 (ZEMAX已加入了離焦作為補償)，有一種非常有效的排除球形的方法。移動光標(biāo)至第一面的圓錐系數(shù)列使之成為一個變量，返回到優(yōu)化工具單擊AUTOMATIC，評價函數(shù)會顯著下降

48、?，F(xiàn)在單擊Exit，更新OPD圖，由于引入了圓錐系數(shù)很容易使系統(tǒng)性能達(dá)到衍射極限。在三個曲率和圓錐系數(shù)的每一格中鍵入Ctrl-Z以消除變化。 在深入研究之前，現(xiàn)選File，Save As保存文件，鍵入鏡片名字：MC1.ZMX，單擊OK。在接下來的步驟中，可以隨時調(diào)出來查看。 選System，Wavelengths，得到渡長數(shù)據(jù)對話框，將波長從1．053改為0．632 8，單擊OK．再次要新OPD圖。由于玻璃的色散，性能非常差，所顯示的像差明顯離焦。 現(xiàn)在可以調(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，將會看到只有一個變量列表。選Aut

49、omatic，評價函數(shù)應(yīng)該會降低。單擊Exit，然后要新OPD圖，系統(tǒng)在新的波長和共軛處有大約一個波長的像差。再次鍵入Ctrl—Z去掉第2面厚度變量。 現(xiàn)在將用多重結(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)配量，雙擊第一行的第一列，從所顯示的下拉框選WAVE，在同樣的對話框里，為“Wavelength#”選擇1，單擊OK。這使得可以為每一個配置定義不同的渡長。在“Config 1”下輸入1.053，在“Config 2"下輸入0.6328。現(xiàn)在按Insert為Multi Configuration E

50、ditor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)可為每一個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。因此己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。 現(xiàn)在返回到評價函數(shù)編輯器。選Tools，Default Merit Function，在顯示的對話框中。將Start At的值改為1，這會使得缺省的評價函數(shù)從第一行開始。現(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

51、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(dāng)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。將該行的操作數(shù)類型改為REAY。為“Srf#”輸入5(這是用來控制光線高度的一面)，為Py輸入1.OO。輸入目標(biāo)值10，將會得到直徑為2Omm的平行輸出束。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)。因為在兩個波長處都己有了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，就象本節(jié)開始時所述的。再

52、將第一面的圓錐系數(shù)也設(shè)為變量。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Automatic，結(jié)束后單擊Exit。 現(xiàn)在雙擊多配置編輯器 Cofig 1列頭。更新OPD圖。注意其特性在波長1.053非常好。雙擊Config 2列頭，在更新OPD圖(這一次為0.6328處)，同樣也被很好地修正了。注意多重結(jié)配置縞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切換。 多配置可能有復(fù)雜得多的應(yīng)用，但步驟是一樣的。 實驗六 折疊反射鏡面和坐

53、標(biāo)斷點 (Fold mirrors and coordinate breads) 一、實驗?zāi)康模? （1）熟悉光學(xué)設(shè)計軟件Zemax操作界面； （2）將更好地理解坐標(biāo)斷點，為傾斜和偏心系統(tǒng)設(shè)立的符號約定。 （3）反射面的應(yīng)用。 二、實驗環(huán)境： （1）、硬件環(huán)境：普通PC機 （2）、軟件環(huán)境：ZEMAX軟件平臺 三、實驗內(nèi)容： 設(shè)計一個牛頓望遠(yuǎn)鏡，練習(xí)在會聚光束中手動加入折疊反射鏡面。 四、實驗步驟： 先前的課程中講述了如何設(shè)計一個牛頓望遠(yuǎn)鏡，那一課中介紹丁反射鏡面和坐標(biāo)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(fù)

54、的。此符號的約定與鏡面的數(shù)量或坐標(biāo)斷點的存在無關(guān)。 2)坐標(biāo)斷點通常成對出現(xiàn)，并夾在反射面中間。 本課將會告訴你如何在會聚光束中手動加入折疊反射鏡面。先從File菜單選New清除當(dāng)前所有的鏡片數(shù)據(jù)。New功能會將視場的數(shù)量設(shè)為1，波長數(shù)量也為1。以符合我們的目標(biāo)。在鏡片數(shù)據(jù)編輯囂(LDE)窗口，顯示三個面：OBJ，STO，和IMA，也即第O、1和2面。在表面類型列上雙擊，然后用從下拉列表中選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，在彈出的對話框輸入孔徑值20(這會產(chǎn)生一個F/5謾片)。單擊

55、OK關(guān)閉對話框。現(xiàn)在選Analysis，Layout，3D Layout執(zhí)行一次3D圖形。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(dá)。 現(xiàn)在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，設(shè)需要反射鏡面離開近軸透鏡30mm的距離，就要求有3個新的鏡面：一個坐標(biāo)斷點使坐系統(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(biāo)重新定位，按Insert鍵3次，將第1面(STO面)的厚度改為30，在

56、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，因為經(jīng)過奇數(shù)面的鏡面后厚度符號改變。 現(xiàn)在更新3 D圖形窗口。圖會被重畫，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。要使反射鏡面傾斜45度，可雙擊第2和4面的表面類型列，將這些面改為坐標(biāo)斷點，并從下拉列表中選Coordinate Break。向右滾動屏幕(用光標(biāo)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(確信是在第4面上)。在下拉列

57、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(biāo)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。 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，將看到如圖E6—1所示的圖形。 E6—1 注意近軸鏡片的厚度為30，位于第一個坐標(biāo)斷點的旋轉(zhuǎn)頂點。坐標(biāo)斷點的厚度是O，表示反射鏡面是在同一點上。但是，坐標(biāo)斷點己將坐標(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)

58、，才被旋轉(zhuǎn)。鏡面的厚度為O，因為在移到下一個面前，要旋轉(zhuǎn)另一個45度。第二個坐標(biāo)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(biāo)落在那兒，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(biāo)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

59、3D圖層，應(yīng)該如圖E6-2所示。 E6-2 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。由于已在每一系列中加入了“pickup solves”，就可很容易地通過改變2個數(shù)亨將光束傾斜。試著在第2和5面的“tilt aboult”輸入3O和-60，然后選System，Update All可看到3維圖上的影響。 實驗七 雙交合透鏡設(shè)計 一、實驗?zāi)康模? （1）熟悉光學(xué)設(shè)計軟件Zemax操作界面； （2）復(fù)習(xí)前面實驗操作。 （3）光瀾面的設(shè)置。 二、實驗環(huán)境： （1）、硬件環(huán)境：普通PC機 （2）、

60、軟件環(huán)境：ZEMAX軟件平臺 三、實驗內(nèi)容： 設(shè)計一個牛頓望遠(yuǎn)鏡，練習(xí)在會聚光束中手動加入折疊反射鏡面。初始參數(shù)：相對口徑1/5，D=40mm，焦距199.73mm，視場角2ω=50，R1=126.73mm，R2=-85.06，R3=-258mm，d1=0.01mm，d2=7mm，d3=4.2mm，玻璃材料BK7、SF2。 四、實驗步驟： 結(jié)合前面所掌握的實驗方法和技巧自行練習(xí)。 附錄 常見光學(xué)設(shè)計專業(yè)詞匯表 近軸光線 （Paraxial Rays）; 鏡頭數(shù)據(jù)(Lens Data); 插入或刪除

61、面數(shù)據(jù) (Inserting and deleting surfaces); 輸入面注釋(Entering surface comments); 輸入半徑數(shù)據(jù)(Entering radii data); 輸入厚度(Entering thickness data); 輸入玻璃數(shù)據(jù)(Entering glass data); 輸入半口徑數(shù)據(jù)(Entering semi-diameter); 輸入二次曲面數(shù)據(jù)(Entering conic data); 輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù) (Entering parameter data); 確定光欄面(Defining the stop surface)

62、; 選擇面型(Selecting surface types); 各面通光口徑的確定(Specifying surface apertures); 用戶自定義口徑和擋光(User defined apertures and obscurations); 到達(dá)表面和從表面射出的光線的隱藏(Hiding rays to and from surfaces); 設(shè)置和撤銷求解(Setting and removing solves); 光圈類型 （Aperture Type); 入瞳直徑 （Entrance Pupil Diameter）; 像空間F/# （Image Space F

63、/#）; 物空間數(shù)值孔徑（Object Space Numerical Aperture）； 物空間邊緣光線的數(shù)值孔徑（nsinθm）; 通過光欄尺寸浮動（Float by Stop Size）; 近軸工作F/#（Paraxial Working F/#）; 物方錐形角 （Object Cone Angle）; 光圈值 （Aperture Value); 鏡頭單位 （Lens Units）; 玻璃庫 （Glass Catalogs）; 光線定位 （Ray Aiming）; 使用光線定位貯藏器 （Use Ray Aiming Cache）; 加強型光線定位（慢）（Robus

64、t Ray Aiming （slow）; 光瞳漂移：X，Y，Z （Pupil Shift：X，Y，and Z）; “視場光瞳偏移比例因子” （Scale pupil shift factors by field）; 變跡法 （Apodization Type）; 變跡因子 （Apodization Factor）; 光程差參數(shù) （Referece OPD）; 近軸光線 （Paraxial Rays）; 快速非球面追跡 （Fast Asphere Trace）; 檢查梯度折射率元件的口徑 （Check GRIN Apertures）; 半口徑余量% （Semi Diameter

65、 Margin in %）; 半口徑的快速計算法(Fast Semi-Diameters); 全局坐標(biāo)參考面 （Global Coordinate Reference Surface）; 視場 （Fields）; 偏振狀態(tài) （Polarization State）; 外形圖(Layout);二維外形圖(2D Layout); 3D外形圖(3D Layout); 立體模型(Solid Model); 光線像差(Ray Aberration); 光程(Optical Path); 光瞳像差(Pupil Abberation); 離焦(Through Focus); 全視場(

66、Full Field); 矩陣(Matrix); 球差（W040），彗差（W131）； 像散（W222），匹茲凡場曲（W220P）； 畸變（W311），軸向色離焦項（W020）； 軸向色傾斜（W111），弧矢場曲（W220S）； 平均場曲（W220M），子午場曲（W220T）; 優(yōu)化 (Optimization);全局優(yōu)化(Global Search); 錘形優(yōu)化(Hammer Optimization); 消除所有的變量(Remove All Variable); 評價函數(shù)列表(Merit Function Listing); 公差(Tolerancing); 公差列表(Tolerance Listing); 公差匯總表(Tolerance Summary); 鍍膜列表(Coating Listing); 變換半口徑為環(huán)形口徑(Convert Semi-Diameter to Circular Apertures); 鏡頭縮放(Scale Lens); 生成焦距(Make Focal); 快速調(diào)焦(Quick Focus) ; 添加折疊反射鏡（A