光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例-雙膠合透鏡非球面單透鏡激光擴(kuò)束鏡

1、1光學(xué)設(shè)計(jì) 光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例 2優(yōu)化實(shí)例（優(yōu)化實(shí)例（2 2）3總 不等于零，不能校正場(chǎng)曲；在玻璃組合合適時(shí)，可校正色差。n取f=100, D/f=1:5, 2 =3，平行光入射;n取各種玻璃組合（可以查“光學(xué)設(shè)計(jì)手冊(cè)”）如： BK7/SF2, SF5, SF1, SF10, SF4n都可以用程序得到對(duì) 0視場(chǎng)校正良好的結(jié)果（取波長(zhǎng)為F，d，C），但3視場(chǎng)一般有較大彗差，不能校正。將光闌位置作為變量時(shí)，一般仍然如此。（初始半徑可?。?0，-60，）。n將Merit Function 中視場(chǎng)0的Operand完全除去，即僅考慮3視場(chǎng)的像差，可以得到校正子午彗差的解（理論上看3視場(chǎng)的像質(zhì)與球差、彗差都有

2、關(guān)，而0僅與球差有關(guān)，原則上可以隨3視場(chǎng)的校正而同時(shí)校正），此時(shí)再回復(fù)原來(lái)二個(gè)視場(chǎng)的Merit Function，此解所保持最優(yōu)，如所附。n這里玻璃組合為BK7/SF5(K9/ZF2)，本可取Glass,Model,Vary ，將玻璃作為變數(shù)優(yōu)化，但得不到真正好的解，不如一一改玻璃，反而容易得到優(yōu)化的解。 p 雙膠合物鏡3優(yōu)化實(shí)例（優(yōu)化實(shí)例（2 2）-優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化結(jié)果4l利用非球面可以準(zhǔn)確校正球差，透鏡彎曲可校正彗差， 形成大孔徑小視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。l簡(jiǎn)單采用Default merit Function做優(yōu)化，一般得不到結(jié)果，為此先通過(guò)Analysis-Aberration coefficient

3、s-Seidel coefficients, 即初級(jí)像差計(jì)算得到適當(dāng)?shù)男Ｕ齋2的半徑初值為出發(fā)點(diǎn)，另外Merit Function 中取帶（Ring)改為15-20，自動(dòng)優(yōu)化可以得到好的結(jié)果（文件Asph6）。l實(shí)際上，非球面高次項(xiàng)并非必須，如文件Asph3，只取6次項(xiàng)和8次項(xiàng)，殘余像差也小些，這個(gè)結(jié)果是采用下列逐步接近的過(guò)程作出，校正S1，S2決定半徑和Conic系數(shù)，仍用Default merit function (Ring=3)但將孔徑取很小值； 半徑和Conic系數(shù)固定不變，孔徑增大，用6次方系數(shù)校正； 孔徑增至1：1，優(yōu)化6次、8次系數(shù)，所得結(jié)果存在高級(jí)彗差，再改初值（半徑和Con

4、ic）產(chǎn)生反向初級(jí)彗差與之平衡，再重復(fù)上述過(guò)程。p 非球面單透鏡：f=60，D/f=1:1, 2 =1優(yōu)化實(shí)例（優(yōu)化實(shí)例（3 3）5優(yōu)化實(shí)例（優(yōu)化實(shí)例（3 3） ：優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化結(jié)果6優(yōu)化實(shí)例（優(yōu)化實(shí)例（3 3）7優(yōu)化實(shí)例（優(yōu)化實(shí)例（3 3）8優(yōu)化實(shí)例（優(yōu)化實(shí)例（3 3）9 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX簡(jiǎn)介 優(yōu)化實(shí)例1-單透鏡2-雙膠合透鏡3-非球面單透鏡4-激光擴(kuò)束鏡5-顯微鏡物鏡6-雙高斯照相物鏡 公差計(jì)算主要內(nèi)容10實(shí)例實(shí)例4 4 激光擴(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)激光擴(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)u目的 工作波長(zhǎng)與檢驗(yàn)波長(zhǎng)不同時(shí)，如何設(shè)計(jì)補(bǔ)償光路以完成系統(tǒng)檢驗(yàn)。u 方法1）消色差設(shè)計(jì)：使光學(xué)系統(tǒng)在工作波長(zhǎng)與檢驗(yàn)波長(zhǎng)下的位置重合

5、優(yōu)點(diǎn)：最佳選擇，但有時(shí)不一定能設(shè)計(jì)出來(lái)，或使系統(tǒng)復(fù)雜化。2）加平行平板：在工作波長(zhǎng)下完成設(shè)計(jì)后，在兩個(gè)鏡組之間加入一塊適當(dāng)厚度的平板，使其在檢驗(yàn)波長(zhǎng)下的像質(zhì)優(yōu)于衍射極限。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作。 因?yàn)槠桨蹇梢苑旁谌魏蔚胤?，檢驗(yàn)光路的像質(zhì)與平板距前后鏡組的距離無(wú)關(guān)。3）加補(bǔ)償透鏡：在工作波長(zhǎng)下完成設(shè)計(jì)后，在準(zhǔn)直（大口徑）鏡組外側(cè)加入一塊適當(dāng)結(jié)構(gòu)的透鏡，使其在檢驗(yàn)波長(zhǎng)下的像質(zhì)優(yōu)于衍射極限。 不足：透補(bǔ)償鏡與準(zhǔn)直鏡組的距離、同心度會(huì)影響檢驗(yàn)光路的像質(zhì)。4）檢驗(yàn)合格后，拿掉補(bǔ)償鏡即達(dá)到在工作波長(zhǎng)滿足要求的光學(xué)系統(tǒng)。11實(shí)例實(shí)例4 4 激光擴(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)激光擴(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)u設(shè)計(jì)要求擴(kuò)束倍率：60入射口徑：0.5-1mm出射口徑：30-60mm工作波長(zhǎng)：1053nm檢驗(yàn)波長(zhǎng)：632.8nm像質(zhì)要求：波像差/8(=1053nm) u結(jié)構(gòu)型式 由聚焦鏡組+準(zhǔn)直鏡組構(gòu)成 重點(diǎn)校正準(zhǔn)直鏡組的像差，因?yàn)槠淇趶酱?主要是球差與小視場(chǎng)彗差 準(zhǔn)直鏡組為雙分離結(jié)構(gòu)12實(shí)例實(shí)例4 4 激光擴(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)激光擴(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)u 消色差設(shè)計(jì)結(jié)果 工作波長(zhǎng)1053nm下的像質(zhì) 13實(shí)例實(shí)例4 4 激光擴(kuò)束