Zemax軟件設(shè)計教程2課件

ZEMAX光學軟件培訓課程

(第二講)ZEMAX光學軟件培訓課程

(第二講)主要內(nèi)容序列模式介紹將序列轉(zhuǎn)換為非序列建立非序列模型單透鏡設(shè)計離軸拋物面設(shè)計ZPL設(shè)計語言及實例主要內(nèi)容序列模式介紹一、序列模式介紹序列模式下光線追跡（raytracing）的特點：?以光學面（surface）為對象來構(gòu)建光學系統(tǒng)模型；?光線從物面開始（常為surface0）?按光學面的順序計算（surface0,1,2…），對每個光學面只計算一次；?每個面都有物空間和像空間；?需要計算的光線少，計算速度快；?可進行analysis,Optimization及Tolerancing一、序列模式介紹序列模式下光線追跡（raytracing）適用于傳統(tǒng)成像系統(tǒng)設(shè)計，包括攝影物鏡、望遠鏡、顯微鏡、光譜儀等。一、序列模式介紹適用于傳統(tǒng)成像系統(tǒng)設(shè)計，包括攝影物鏡、望遠鏡、顯微鏡、光譜儀一、序列模式介紹序列模式下ZEMAX界面如圖一、序列模式介紹序列模式下ZEMAX界面如圖一、序列模式介紹序列模式下layout參數(shù)設(shè)置對話窗口以zemax自帶鏡頭為例Samples>Sequential>Objectives>DoubleGauss28degreefield.zmx一、序列模式介紹序列模式下layout參數(shù)設(shè)置對話窗口以ze一、序列模式介紹Spotdiagram一、序列模式介紹Spotdiagram一、序列模式介紹參數(shù)設(shè)置中第一項“Pattern”定義光瞳面上的光線分布模式，默認為六角形（Hexapolar），還可以設(shè)置為方形或隨機。一、序列模式介紹參數(shù)設(shè)置中第一項“Pattern”定義光瞳面一、序列模式介紹RayandOPDfan是分析光學系統(tǒng)幾何像差常用的工具一、序列模式介紹RayandOPDfan是分析光學系統(tǒng)注意：通過移動鼠標位置可以看到不同位置處的數(shù)據(jù)值這在分析菜單欄都是普遍適用的一、序列模式介紹注意：一、序列模式介紹一、序列模式介紹MTF分析Samples>Sequential>Objectives>Cooke40degreefield.zmx一、序列模式介紹MTF分析Samples>SequenExtendedsourcemodeling幾何像分析可用于建模擴展光源，分析要用的分辨率，顯示成像物體的外形，提供像方位的直觀感受。一、序列模式介紹Extendedsourcemodeling幾何像分析可Off-axissystemsSamples>Sequential>Tiltedsystems&prisms>Tiltedmirror.zmx一、序列模式介紹Off-axissystemsSamples>SequSamples>Sequential>Telescopes>UnobscuredGregorian.zmxSamples>Sequential>Telesco二、將序列轉(zhuǎn)換為非序列在對序列元件進行優(yōu)化、分析、公差計算后，通常會將序列元件轉(zhuǎn)換為非序列元件，進行進一步的光-機分析。例如雜散光分析。ZEMAX提供了一個方便的轉(zhuǎn)換工具：Tool>Miscellaneous>ConverttoNSCGroup二、將序列轉(zhuǎn)換為非序列在對序列元件進行優(yōu)化、分析、公差計算后Samples/Sequentia/lObjectives/Cooke40degreefield.zmx目標：將1~6面轉(zhuǎn)換成非序列元件；在原像面位置加入一個非序列的探測器；加入一個非序列的光源表示物空間的軸上光束Samples/Sequentia/lObjectives/STOP只在序列追跡中起作用，首先，將STOP移出我們需要轉(zhuǎn)換的元件STOP只在序列追跡中起作用，首先，將STOP移出我們需要轉(zhuǎn)在對話窗口中選擇我們希望轉(zhuǎn)換的表面，現(xiàn)在為2~7面得到包含非序列元件的混合模式在對話窗口中選擇我們希望轉(zhuǎn)換的表面，現(xiàn)在為2~7面得到包含非繼續(xù)另一個例子，將光學系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式點選YES鍵繼續(xù)另一個例子，將光學系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式點選YES鍵轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式后，將不再出現(xiàn)LDE窗口，而是非序列元件編輯窗口（Non-sequentialComponentEditor）打開3DLayout，如右圖轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式后，將不再出現(xiàn)LDE窗口，而是非序列元第二步，插入一個非序列光源雙擊ObjectType，在出現(xiàn)的對話框中，Type一欄中選擇SourceEllipse點擊OK第二步，插入一個非序列光源進一步設(shè)置該表面的參數(shù)Zposition=-10(平行光入射，位置在第一片鏡左側(cè)即可)#LayoutRays=10#AnalysisRays=100000XHalfWidth=5YhalfWidth=5更新3DLayout進一步設(shè)置該表面的參數(shù)Zposition=-10(平第三步，加入探測器部件Zposition=60.177XhalfWidth=0.01YhalfWidth=0.01#XPixels=100#YPixels=100重復上一步的過程設(shè)置如下參數(shù)第三步，加入探測器部件Zposition=60.177打開Analysis>Detector>DetectorViewer打開Analysis>Detector>RayTrace/DetectorControl此時，輸出為空白窗口，需要進行一次光線追跡點擊Cleardetector清除當前的數(shù)據(jù)之后點擊Trace，ZEMAX將追跡我們設(shè)置的100000條光線打開Analysis>Detector>DetectorV在DetectorViewer中的setting里確認如下設(shè)置，得到探測器上的輻照度分布在DetectorViewer中的setting里確認如下將其和序列模式下的軸上SpotDiagram圖進行對比，可看出序列模式和非序列模式幾何光線追跡的差別，我們發(fā)現(xiàn)兩者形式相同。將其和序列模式下的軸上SpotDiagram圖進行對比，可再來對比一下序列模式和非序列模式下的衍射計算Source#AnalysisRays:3000(reducedtospeedupthedetectortrace)DetectorDataType:1PSFWave#:2將光源及探測器參數(shù)做如下修改將DetectorViewer設(shè)置為coherentirradiance.再來對比一下序列模式和非序列模式下的衍射計算Source將光Zemax軟件設(shè)計教程2課件三、建立非序列模型?所有object都是3Dshellorsolids；?每個object都在一個空間坐標系中定義了其特性；?需要定義光源的發(fā)光特性和位置，定義detector收集光線；?光線一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：

Nothing，

能量低于定義的閾值。?計算時光學元件的相對位置由空間坐標確定；對同一元件，可同時進行穿透、反射、吸收及散射的特性計算；?無法作優(yōu)化,要進行公差分析必須實用macro；這種情況下，可以對光線進行分光，散射，衍射，反射，折射。三、建立非序列模型?所有object都是3Dshello在這一部分，我們將學會用非序列模式建立如下的光學系統(tǒng)包含：filamentsourceparabolicreflectorplano-convexlensrectangularlightpipe在這一部分，我們將學會用非序列模式建立如下的光學系統(tǒng)包含：我們還將進行光線追跡分析光學系統(tǒng)不同位置處的光照度分布我們還將進行光線追跡分析光學系統(tǒng)不同位置處的光照度分布打開ZEMAX，選擇非序列模式在System>Wavelengths中設(shè)置波長為0.587μm打開ZEMAX，選擇非序列模式在System>GeneralUnit選項卡中進行如下設(shè)置在System>GeneralUnit選項卡中進行如下設(shè)在編輯窗口插入若干表面將第一個表面設(shè)置為拋物面反射鏡點選StandardSurface并輸入以下參數(shù)Material:MirrorRadius:100Conic:-1(parabola)MaxAper:150MinAper:20(centerholeinthereflector)在編輯窗口插入若干表面Material:Mirror打開Analysis>Layout>NSC3DLayout打開Analysis>Layout>NSC3DLayo進一步創(chuàng)建光源，重復上一步中的操作選擇SourceFilamentZposition:50(focusoftheparabolicreflector)#LayoutRays20#AnalysisRays5000000Length:20Radius5Turns10輸入如下參數(shù)：進一步創(chuàng)建光源，重復上一步中的操作選擇SourceFila更新3Dlayout更新3Dlayout此時的光源方向為Z向，我們希望設(shè)置它為X向，需將其進行旋轉(zhuǎn)此時的光源方向為Z向，我們希望設(shè)置它為X向，需將其進行旋轉(zhuǎn)Zemax軟件設(shè)計教程2課件下一步，創(chuàng)建探測器，重復之前的步驟Zposition:800Material:BlankXHalfWidth:150YHalfWidth:150#XPixels:150#YPixels:150Color:1下一步，創(chuàng)建探測器，重復之前的步驟Zposition:8打開Analysis>Detectors>DetectorViewer注意！layout和detectorviewer進行的是獨立的計算只有進行追跡后才能顯示打開Analysis>Detectors>DetectZemax軟件設(shè)計教程2課件

在NSCShadedModelLayout中設(shè)置欄中點選“Colorpixelsbylastanalysis”在NSCShadedModelLayout中設(shè)置欄加入平凸透鏡，在編輯窗口做如下修改RefObject:3ZPosition:10Material:N-BK7Radius1:300Clear1:150Edge1:150Thickness:70Clear2:150Edge2:150加入平凸透鏡，在編輯窗口做如下修改RefObject:3RefObject:4Zposition:650Material:BlankXHalfWidth:100YHalfWidth:100#XPixels:150#YPixels:150Color:1為了觀察光束會聚情況，我們再加入一個探測器。RefObject:4為了觀察光束會聚情況，我們再加入一打開新建立的DetectorViewer為了說明反射引起的能量損失在DetectorControl中點選UsePolarization打開新建立的DetectorViewer最后，建立一個RectangularLightpipeRefObject:-1Zposition:20Material:AcrylicX1HalfWidth70Y1HalfWidth:70Zlength:2000X2HalfWidth:70Y2HalfWidth:70在Detector#5之后插入一欄將其設(shè)置為RectangularVolume并輸入如下參數(shù)

點擊YES最后，建立一個RectangularLightpipeReRefObject:-1Zposition:0Material:AbsorbXHalfWidth:100YHalfWidth:100#XPixels:150#YPixels:150Color:1插入一個新的探測器RefObject:-1插入一個新的探測器可以看出當前detector#7被設(shè)置在了RectangularLightpipe的前表面我們希望detector#7在RectangularLightpipe的右側(cè)10mm位置處，此時我們需要用到pickup

solve可以看出當前detector#7被設(shè)置在了RectanguZemax軟件設(shè)計教程2課件對整個光學系統(tǒng)進行光線追跡，得到最終的detector#7上的輻照度分布對整個光學系統(tǒng)進行光線追跡，得到最終的detector#7四、單透鏡設(shè)計這一部分將通過設(shè)計一個F/4單透鏡，熟悉ZEMAX操作界面，了解設(shè)計基本原理和策略，并將展示如何使用基礎(chǔ)的分析和優(yōu)化功能，設(shè)計的一些參數(shù)指標如下。FocalLength=100mmSemi-Field-Of-View(SFOV)=5degreesWavelength:632.8nm(HeNe)CenterThickness(c.t.)ofthesinglet:2mm<c.t.<12mmEdgeThickness(e.t.)ofthesinglet:e.t.>2mmThesingletshallbeoptimizedforsmallestRMSSpotSizeaveragedoverthefieldofviewatthegivenwavelengthObjectisatinfinity四、單透鏡設(shè)計這一部分將通過設(shè)計一個F/4單透鏡，熟悉ZEM輸入入瞳直徑輸入ZEMAX支持4種不同視場形式：Fieldangle:XZ和YZ平面上主光線與Z軸的夾角。Objectheight:物面上X，Y高度。ParaxialImageheight:像面上的近軸像高。Realimageheight:像面上實際像高。輸入視場ZEMAX支持4種不同視場形式：輸入視場輸入波長輸入波長輸入鏡片數(shù)據(jù)輸入鏡片數(shù)據(jù)ZEMAX提供了很多非常有用的Solve解，在本例中為了滿足F/#條件，我們可以使用FNumbersolve。在想要加入Solve的位置點擊鼠標右鍵，本例中在Surface2Radius列ZEMAX提供了很多非常有用的Solve解，在本例中為了滿足對系統(tǒng)進行評估Layout 顯示二維視圖，YZ截面中的透鏡外形曲線Rayfan 顯示關(guān)于光瞳坐標函數(shù)的光線像差。OPDFan 顯示光程差為光瞳坐標的函數(shù)SpotDiagram顯示點列圖對系統(tǒng)進行評估Layout 顯示二維視圖，YZ截面中的透鏡Zemax軟件設(shè)計教程2課件從以上幾幅圖可以看出單透鏡包含有一些顯著的像差包含spherical,coma,distortion,defocus,fieldcurvature,astigmatism.從以上幾幅圖可以看出單透鏡包含有一些顯著的像差包含spher此時的像面并非是最佳像面，我們可以用ZEMAX提供的QuickFocus工具找到最佳焦面位置Tools>Miscellaneous>QuickFocusOrShift+Ctrl+Q此時的像面并非是最佳像面，我們可以用ZEMAX提供的Quic有明顯的改善，但還有很大的提升空間。有明顯的改善，但還有很大的提升空間。采用點擊鼠標右鍵和Ctrl+Z兩種方法將前表面曲率和兩個間距設(shè)置為變量建立優(yōu)化函數(shù)，先使用ZEMAX提供的默認優(yōu)化函數(shù)采用點擊鼠標右鍵和Ctrl+Z兩種方法建立優(yōu)化函數(shù)，先使用在彈出的對話框中根據(jù)系統(tǒng)指標要求輸入透鏡邊界條件在彈出的對話框中根據(jù)系統(tǒng)指標要求輸入透鏡邊界條件選擇Tools>Optimization>Optimization或點擊OPT按鈕點擊Automatic選擇Tools>Optimization>Optim評價當前的系統(tǒng)評價當前的系統(tǒng)通過優(yōu)化，光斑直徑下降了接近10倍！并且注意此時外形參數(shù)均滿足要求通過優(yōu)化，光斑直徑下降了接近10倍！并且注意此時外形參數(shù)均滿五、離軸拋物面設(shè)計在這一部分，我們將建立一個商業(yè)上使用的離軸拋物面反射鏡，并練習將其繞X軸旋轉(zhuǎn)。反射鏡的參數(shù)如下：Off-axisdistance=150mmFocallength=1000mmComponentphysicaldiameter=203mmBacksurfaceofthesubstrateisperpendiculartotheopticalaxis五、離軸拋物面設(shè)計在這一部分，我們將建立一個商業(yè)上使用的離軸Systemunittomm(System>General>Units)Wavelengthto0.550um(System>Wavelengths)SetonefieldwithvaluesX=0andY=0(System>Fields)SetsystemapertureasEntrancePupilDiameterof100mm(System>General>Aperture)首先，對系統(tǒng)參數(shù)進行如下設(shè)置在LDE界面輸入一下參數(shù)，并將像面semi-diameter設(shè)置為30mm，此時在其右側(cè)出現(xiàn)’’U’’標志Systemunittomm(System>GeZEMAX中z-coordinate或者’’Sag’’的定義如下wherecisthecurvature(thereciprocaloftheradius),ristheradialcoordinateinlensunitsandkistheconicconstant.Theconicconstantislessthan-1forhyperbolas,-1forparabolas,between-1and0forellipses,0forspheres,andgreaterthan0foroblateellipsoids.這里我們將k輸入-1ZEMAX中z-coordinate或者’’Sag’’的因為第一面和像面位置相同，我們可以設(shè)置不顯示第一面設(shè)置反射鏡的厚度及后表面曲率，根據(jù)要求輸入因為第一面和像面位置相同，我們可以設(shè)置不顯示第一面設(shè)置反射鏡在3DLayout設(shè)置中確認設(shè)置在3DLayout設(shè)置中確認設(shè)置根據(jù)設(shè)計需求，加入離軸量注意！加入離軸量后，需要根據(jù)設(shè)計要求修改反射鏡尺寸根據(jù)設(shè)計需求，加入離軸量注意！我們將使用ZEMAX提供的chief-raysolve來完成這一任務此時，入射光線已經(jīng)被移出光軸，但我們希望像面是垂直于主光線的并且得到像面的中心位置。我們將使用ZEMAX提供的chief-raysolve來完Zemax軟件設(shè)計教程2課件六、ZPL設(shè)計語言及實例在這一部分我們將了解什么是ZPL設(shè)計語言及其功能。ZPL語言包含5個基本概念：variables,operations,functions,keywordsandcommentsVariables可以是數(shù)字也可以是字符串或數(shù)組變量例如如下程序中a和b是variables，’’+’’是operations，ZPL支持數(shù)學、字符串及邏輯運算。六、ZPL設(shè)計語言及實例在這一部分我們將了解什么是ZPL設(shè)計function是ZPL預先編譯的計算，被用來返回一個數(shù)值Keywords提供了指導程序流程、生成輸出、執(zhí)行一些重要任務FICL用來計算光纖耦合其結(jié)果儲存在coupling數(shù)組中調(diào)用優(yōu)化法則并用當前評價函數(shù)優(yōu)化鏡頭Comments可以用來記錄你的ZPL程序如何運行。以！起始的一行或者某一位置#之后的語句都是評論語句function是ZPL預先編譯的計算，被用來返回一個數(shù)值a=0.3b=-3f=1000curv(1)=b/(2*f)curv(2)=(b+1)/(2*f*a)thic(1)=(1-a)*f/bthic(2)=a*fconi(1)=-1-2*a/(1-a)/(b*b)coni(2)=-(2*b+(1-a)*(b-1)*(b-1)*(1+b))/((1-a)*(1+b)*(1+b)*(1+b))a=0.3Zemax軟件設(shè)計教程2課件Thankyou!ciomper@163.comThankyou!ZEMAX光學軟件培訓課程

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(第二講)主要內(nèi)容序列模式介紹將序列轉(zhuǎn)換為非序列建立非序列模型單透鏡設(shè)計離軸拋物面設(shè)計ZPL設(shè)計語言及實例主要內(nèi)容序列模式介紹一、序列模式介紹序列模式下光線追跡（raytracing）的特點：?以光學面（surface）為對象來構(gòu)建光學系統(tǒng)模型；?光線從物面開始（常為surface0）?按光學面的順序計算（surface0,1,2…），對每個光學面只計算一次；?每個面都有物空間和像空間；?需要計算的光線少，計算速度快；?可進行analysis,Optimization及Tolerancing一、序列模式介紹序列模式下光線追跡（raytracing）適用于傳統(tǒng)成像系統(tǒng)設(shè)計，包括攝影物鏡、望遠鏡、顯微鏡、光譜儀等。一、序列模式介紹適用于傳統(tǒng)成像系統(tǒng)設(shè)計，包括攝影物鏡、望遠鏡、顯微鏡、光譜儀一、序列模式介紹序列模式下ZEMAX界面如圖一、序列模式介紹序列模式下ZEMAX界面如圖一、序列模式介紹序列模式下layout參數(shù)設(shè)置對話窗口以zemax自帶鏡頭為例Samples>Sequential>Objectives>DoubleGauss28degreefield.zmx一、序列模式介紹序列模式下layout參數(shù)設(shè)置對話窗口以ze一、序列模式介紹Spotdiagram一、序列模式介紹Spotdiagram一、序列模式介紹參數(shù)設(shè)置中第一項“Pattern”定義光瞳面上的光線分布模式，默認為六角形（Hexapolar），還可以設(shè)置為方形或隨機。一、序列模式介紹參數(shù)設(shè)置中第一項“Pattern”定義光瞳面一、序列模式介紹RayandOPDfan是分析光學系統(tǒng)幾何像差常用的工具一、序列模式介紹RayandOPDfan是分析光學系統(tǒng)注意：通過移動鼠標位置可以看到不同位置處的數(shù)據(jù)值這在分析菜單欄都是普遍適用的一、序列模式介紹注意：一、序列模式介紹一、序列模式介紹MTF分析Samples>Sequential>Objectives>Cooke40degreefield.zmx一、序列模式介紹MTF分析Samples>SequenExtendedsourcemodeling幾何像分析可用于建模擴展光源，分析要用的分辨率，顯示成像物體的外形，提供像方位的直觀感受。一、序列模式介紹Extendedsourcemodeling幾何像分析可Off-axissystemsSamples>Sequential>Tiltedsystems&prisms>Tiltedmirror.zmx一、序列模式介紹Off-axissystemsSamples>SequSamples>Sequential>Telescopes>UnobscuredGregorian.zmxSamples>Sequential>Telesco二、將序列轉(zhuǎn)換為非序列在對序列元件進行優(yōu)化、分析、公差計算后，通常會將序列元件轉(zhuǎn)換為非序列元件，進行進一步的光-機分析。例如雜散光分析。ZEMAX提供了一個方便的轉(zhuǎn)換工具：Tool>Miscellaneous>ConverttoNSCGroup二、將序列轉(zhuǎn)換為非序列在對序列元件進行優(yōu)化、分析、公差計算后Samples/Sequentia/lObjectives/Cooke40degreefield.zmx目標：將1~6面轉(zhuǎn)換成非序列元件；在原像面位置加入一個非序列的探測器；加入一個非序列的光源表示物空間的軸上光束Samples/Sequentia/lObjectives/STOP只在序列追跡中起作用，首先，將STOP移出我們需要轉(zhuǎn)換的元件STOP只在序列追跡中起作用，首先，將STOP移出我們需要轉(zhuǎn)在對話窗口中選擇我們希望轉(zhuǎn)換的表面，現(xiàn)在為2~7面得到包含非序列元件的混合模式在對話窗口中選擇我們希望轉(zhuǎn)換的表面，現(xiàn)在為2~7面得到包含非繼續(xù)另一個例子，將光學系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式點選YES鍵繼續(xù)另一個例子，將光學系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式點選YES鍵轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式后，將不再出現(xiàn)LDE窗口，而是非序列元件編輯窗口（Non-sequentialComponentEditor）打開3DLayout，如右圖轉(zhuǎn)換成完全的非序列模式后，將不再出現(xiàn)LDE窗口，而是非序列元第二步，插入一個非序列光源雙擊ObjectType，在出現(xiàn)的對話框中，Type一欄中選擇SourceEllipse點擊OK第二步，插入一個非序列光源進一步設(shè)置該表面的參數(shù)Zposition=-10(平行光入射，位置在第一片鏡左側(cè)即可)#LayoutRays=10#AnalysisRays=100000XHalfWidth=5YhalfWidth=5更新3DLayout進一步設(shè)置該表面的參數(shù)Zposition=-10(平第三步，加入探測器部件Zposition=60.177XhalfWidth=0.01YhalfWidth=0.01#XPixels=100#YPixels=100重復上一步的過程設(shè)置如下參數(shù)第三步，加入探測器部件Zposition=60.177打開Analysis>Detector>DetectorViewer打開Analysis>Detector>RayTrace/DetectorControl此時，輸出為空白窗口，需要進行一次光線追跡點擊Cleardetector清除當前的數(shù)據(jù)之后點擊Trace，ZEMAX將追跡我們設(shè)置的100000條光線打開Analysis>Detector>DetectorV在DetectorViewer中的setting里確認如下設(shè)置，得到探測器上的輻照度分布在DetectorViewer中的setting里確認如下將其和序列模式下的軸上SpotDiagram圖進行對比，可看出序列模式和非序列模式幾何光線追跡的差別，我們發(fā)現(xiàn)兩者形式相同。將其和序列模式下的軸上SpotDiagram圖進行對比，可再來對比一下序列模式和非序列模式下的衍射計算Source#AnalysisRays:3000(reducedtospeedupthedetectortrace)DetectorDataType:1PSFWave#:2將光源及探測器參數(shù)做如下修改將DetectorViewer設(shè)置為coherentirradiance.再來對比一下序列模式和非序列模式下的衍射計算Source將光Zemax軟件設(shè)計教程2課件三、建立非序列模型?所有object都是3Dshellorsolids；?每個object都在一個空間坐標系中定義了其特性；?需要定義光源的發(fā)光特性和位置，定義detector收集光線；?光線一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：

Nothing，

能量低于定義的閾值。?計算時光學元件的相對位置由空間坐標確定；對同一元件，可同時進行穿透、反射、吸收及散射的特性計算；?無法作優(yōu)化,要進行公差分析必須實用macro；這種情況下，可以對光線進行分光，散射，衍射，反射，折射。三、建立非序列模型?所有object都是3Dshello在這一部分，我們將學會用非序列模式建立如下的光學系統(tǒng)包含：filamentsourceparabolicreflectorplano-convexlensrectangularlightpipe在這一部分，我們將學會用非序列模式建立如下的光學系統(tǒng)包含：我們還將進行光線追跡分析光學系統(tǒng)不同位置處的光照度分布我們還將進行光線追跡分析光學系統(tǒng)不同位置處的光照度分布打開ZEMAX，選擇非序列模式在System>Wavelengths中設(shè)置波長為0.587μm打開ZEMAX，選擇非序列模式在System>GeneralUnit選項卡中進行如下設(shè)置在System>GeneralUnit選項卡中進行如下設(shè)在編輯窗口插入若干表面將第一個表面設(shè)置為拋物面反射鏡點選StandardSurface并輸入以下參數(shù)Material:MirrorRadius:100Conic:-1(parabola)MaxAper:150MinAper:20(centerholeinthereflector)在編輯窗口插入若干表面Material:Mirror打開Analysis>Layout>NSC3DLayout打開Analysis>Layout>NSC3DLayo進一步創(chuàng)建光源，重復上一步中的操作選擇SourceFilamentZposition:50(focusoftheparabolicreflector)#LayoutRays20#AnalysisRays5000000Length:20Radius5Turns10輸入如下參數(shù)：進一步創(chuàng)建光源，重復上一步中的操作選擇SourceFila更新3Dlayout更新3Dlayout此時的光源方向為Z向，我們希望設(shè)置它為X向，需將其進行旋轉(zhuǎn)此時的光源方向為Z向，我們希望設(shè)置它為X向，需將其進行旋轉(zhuǎn)Zemax軟件設(shè)計教程2課件下一步，創(chuàng)建探測器，重復之前的步驟Zposition:800Material:BlankXHalfWidth:150YHalfWidth:150#XPixels:150#YPixels:150Color:1下一步，創(chuàng)建探測器，重復之前的步驟Zposition:8打開Analysis>Detectors>DetectorViewer注意！layout和detectorviewer進行的是獨立的計算只有進行追跡后才能顯示打開Analysis>Detectors>DetectZemax軟件設(shè)計教程2課件

在NSCShadedModelLayout中設(shè)置欄中點選“Colorpixelsbylastanalysis”在NSCShadedModelLayout中設(shè)置欄加入平凸透鏡，在編輯窗口做如下修改RefObject:3ZPosition:10Material:N-BK7Radius1:300Clear1:150Edge1:150Thickness:70Clear2:150Edge2:150加入平凸透鏡，在編輯窗口做如下修改RefObject:3RefObject:4Zposition:650Material:BlankXHalfWidth:100YHalfWidth:100#XPixels:150#YPixels:150Color:1為了觀察光束會聚情況，我們再加入一個探測器。RefObject:4為了觀察光束會聚情況，我們再加入一打開新建立的DetectorViewer為了說明反射引起的能量損失在DetectorControl中點選UsePolarization打開新建立的DetectorViewer最后，建立一個RectangularLightpipeRefObject:-1Zposition:20Material:AcrylicX1HalfWidth70Y1HalfWidth:70Zlength:2000X2HalfWidth:70Y2HalfWidth:70在Detector#5之后插入一欄將其設(shè)置為RectangularVolume并輸入如下參數(shù)

點擊YES最后，建立一個RectangularLightpipeReRefObject:-1Zposition:0Material:AbsorbXHalfWidth:100YHalfWidth:100#XPixels:150#YPixels:150Color:1插入一個新的探測器RefObject:-1插入一個新的探測器可以看出當前detector#7被設(shè)置在了RectangularLightpipe的前表面我們希望detector#7在RectangularLightpipe的右側(cè)10mm位置處，此時我們需要用到pickup

solve可以看出當前detector#7被設(shè)置在了RectanguZemax軟件設(shè)計教程2課件對整個光學系統(tǒng)進行光線追跡，得到最終的detector#7上的輻照度分布對整個光學系統(tǒng)進行光線追跡，得到最終的detector#7四、單透鏡設(shè)計這一部分將通過設(shè)計一個F/4單透鏡，熟悉ZEMAX操作界面，了解設(shè)計基本原理和策略，并將展示如何使用基礎(chǔ)的分析和優(yōu)化功能，設(shè)計的一些參數(shù)指標如下。FocalLength=100mmSemi-Field-Of-View(SFOV)=5degreesWavelength:632.8nm(HeNe)CenterThickness(c.t.)ofthesinglet:2mm<c.t.<12mmEdgeThickness(e.t.)ofthesinglet:e.t.>2mmThesingletshallbeoptimizedforsmallestRMSSpotSizeaveragedoverthefieldofviewatthegivenwavelengthObjectisatinfinity四、單透鏡設(shè)計這一部分將通過設(shè)計一個F/4單透鏡，熟悉ZEM輸入入瞳直徑輸入ZEMAX支持4種不同視場形式：Fieldangle:XZ和YZ平面上主光線與Z軸的夾角。Objectheight:物面上X，Y高度。ParaxialImageheight:像面上的近軸像高。Realimageheight:像面上實際像高。輸入視場ZEMAX支持4種不同視場形式：輸入視場輸入波長輸入波長輸入鏡片數(shù)據(jù)輸入鏡片數(shù)據(jù)ZEMAX提供了很多非常有用的Solve解，在本例中為了滿足F/#條件，我們可以使用FNumbersolve。在想要加入Solve的位置點擊鼠標右鍵，本例中在Surface2Radius列ZEMAX提供了很多非常有用的Solve解，在本例中為了滿足對系統(tǒng)進行評估Layout 顯示二維視圖，YZ截面中的透鏡外形曲線Rayfan 顯示關(guān)于光瞳坐標函數(shù)的光線像差。OPDFan 顯示光程差為光瞳坐標的函數(shù)SpotDiagram顯示點列圖對系統(tǒng)進行評估Layout 顯示二維視圖，YZ截面中的透鏡Zemax軟件設(shè)計教程2課件從以上幾幅圖可以看出單透鏡包含有一些顯著的像差包含spherical,coma,distortion,defocus,fieldcurvature,astigmatism.從以上幾幅圖可以看出單透鏡包含有一些顯著的像差包含spher此時的像面并非是最佳像面，我們可以用ZEMAX提供的QuickFocus工具找到最佳焦面位置Tools>Miscellaneous>QuickFocusOrShift+Ctrl+Q此時的像面并非是最佳像面，我們可以用ZEMAX提供的Quic有明顯的改善，但還有很大的提升空間。有明顯的改善，但還有很大的提升空間。采用點擊鼠標右鍵和Ctrl+Z兩種方法將前表面曲率和兩個間距設(shè)置為變量建立優(yōu)化函數(shù)，先使用ZEMAX提供的默認優(yōu)化函數(shù)采用點擊鼠標右鍵和Ctrl+Z兩種方法建立優(yōu)化函數(shù)，先使用在彈出的對話框中根據(jù)系統(tǒng)指標要求輸入透鏡邊界條件在彈出的對話框中根據(jù)系統(tǒng)指標要求輸入透鏡邊界條件選擇Tools>Optimization>Optimization或點擊OPT按鈕點擊Automatic選擇Tools>Optimization>Optim評價當前的系統(tǒng)評價當前的系統(tǒng)通過優(yōu)化，光斑直徑下降了接近10倍！并且注意此時外形參數(shù)均滿足要求通過優(yōu)化，光斑直徑下降了接近10倍！并且注意此時外形參數(shù)均滿五、離軸拋物面設(shè)計在這一部分，我們將建立一個商業(yè)上使用的離軸拋物面反射鏡，并練習將其繞X軸旋轉(zhuǎn)。反射鏡的參數(shù)如下：Off-axisdistance=150mmFocallength=1000