实验二ZEMAX 中的像质评价方法
一、实验目的
了解ZEMAX的各种像质评价方法。
二、ZEMAX的像质评价方法
ZEMAX提供丰富的像质评价指标，现结合D=0.5，相对孔径1/4、视场94°的1/6英寸CCD 广角物镜色合计参数，将主要评价结果介绍如下。
表3-1 广角物镜结构参数
序号半径R 间隔d 玻璃外径D
1 ∞0.6 K9 1.6
2 1.109 0.6 0.9
3 3.448 1.0 LAK3 1.1
4 -18.70
5 0.5 1.1
5 光阑0.1 0.35
6 -2.89 1.0 LAK3 0.41
7 -1.7 0.1 1.1
8 2.29 1.0 K9 1.1
9 -1.7378 0.6 ZF7 1.1
10 -14.791 1.1
1、几何像差曲线
(1)球差曲线（Longitudinal Aberration）
纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差）。
(2)焦点色位移（Focal Shift）
表示的是系统工作波长范围内不同波长的色光近焦距位移。横坐标表示焦点位移，纵坐标为不同色光的波长，
整个图形以主波长的近轴焦点为参考基准。
（3）轴外细光束像差曲线（Field Curv/Dist）
左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值。
（4）子午光束与弧矢光束垂轴像差曲线(Ray Fan)
横坐标表示光束孔径高度，纵坐标表示垂轴像差，EY表示δy′(子午)，EX表示δz′(弧矢)。（5）垂轴色差（倍率色差）(Lateral Color)
横坐标表示不同色光与参考色光像高的像差，纵坐标表示视场。图中两条AIRY表示的曲线为艾里斑范围。
2、点列图(Spot Diagram)
点列图下方给的数可以看出每个视场的RMS RADIUS（均方根半径值）、AIRY光斑半径、GEO RADIUS为几何半径（最大半径），值越小成像质量越好。
另外根据分布图形的形状也可了解系统的各种几何像差的影响，如是否有明显像散或彗差特征，几种色斑的分开程度如何等。
3、波像差
（1）光程差曲线(OPD Fan)
表示每个视场的子午和弧矢方向上的光程差。横坐标表示光束孔径大小，纵坐标表示光程差。（2）波面三维图(Wavefront Map)
此图是设定视场和色光的波像差三维分布图，下方表格中的数字给出了波差的峰谷值。4、点扩散函数(PSF)和包围圆能量(Encircled Energy)
Huygens PSF表示了像面上点扩散函数的二维分布情况，并说明了点像的分布范围，
图中左下方给出了斯特列尔比（STREHL RATIO）S.D.。
Diffraction Encircled Energy为包围圆能量图，横坐标为圆半径，纵坐标为在对应圆范围内光能量占总光能的百分比，
根据占总光能30%所对应的圆半径，即可分析得到系统的分辨率极限。
5、传递函数MTF
定义调制传递函数MTF为：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。
横坐标是空间频率lp/mm（每毫米线对），纵坐标是对比度，最大为1。.曲线曲线越高，表明成像质量越好。
课程5：多重结构配置的激光束扩大器 先运行ZEMAX，插入几个面，并给它们设好变量，知道你的镜片数据编辑器看上去如下表所示。注意“Glass”列右边的好几列才是“Focal Length”列。表头“Focal Length”只在你将表面类型从“Standard”改变为“Paraxial”后才会显示。不是所有的列都会清楚地显示出来。 注意近轴镜片的使用是为了有平行光能到焦点。将厚度和焦距都设为25.00，并把入瞳直径设为100（“系统---通用配置---光圈类型（入瞳直径）---光圈数值100”），波长（一个）设为1.053微米，不要输入任何其他的波长。镜片厚度是任意设定的，但要符合我们的目标。250mm是由第3条要求得来的。现在选“Editors”，“Merit Function（优化函数）”，评价函数应该是空的，只显示一个“BLNK”（即Blank，意思是未被使用）操作数。在第一行，将操作数类型改为“REAY”，这个真实的Y约束将会被用来控制所要求的5:1的光束压缩比。为“Surf”输入5（这是我们所要控制光高的面），为“Py”输入1.00，在再输入一个目标值10，这会给我们一个20mm直径的平行输出光束。在“Weight”中输入一个1.0的值，再选“Tools”，“Update”，你将会看到在Value列里出现一个50的值。这只是入瞳的半径，因为我们在这一点上只有平行平板。 现在从Editor菜单条中选“Tools---Default Merit Function(默认评价函数)----Reset”，将Start（开始在）域的值改为2，再单击OK。这会使操作数从电子表格的第2行开始添加，以便保护已输入的REAY操作数不被遗失。 现在从主菜单条选“Tools，优化---优化，自动更新，自动，OK”。当优化完成后，单击Exit。再从主菜单选“Analysis（分析）---Fans（特性曲线）---Optical Path（光路）”，你将会看到如图E5-1所示的OPD图。大约有10个波长的波差，性能较差。 主要像差是球差（ZEMAX已加入了离焦作为补偿），幸运的是，我们有一种非常有效的排除球形的方法。移动光标至第一面的圆锥系数列(conic)，键入Ctrl-Z使之成为一个变量。返回到优化工具单击Automatic，评价函数会显著下降。现在单击Exit，更新OPD图，由于引入了一个合理的圆锥系数很容易地使系统性能达到了衍射极限。在三个曲率半径和圆锥系数的每一格中键入Ctrl-Z 以消除变化。 在我们深入进行之前，先选File，Save As保存文件，为镜片输入名字：MC1.ZMX，单击OK。在接下来的步骤中，如果出错，你也可以再将它打开。确认你已将3个曲率和锥形上的变化除去。 选System，Wavelengths，得到波长数据对话框，将波长从1.053改为0.6328，单击OK，再次更新OPD 图。由于玻璃的色散，性能非常差。所显示的像差明显离焦。 我们可以调整镜片间隔来改正它。使第2面的厚度250mm为可变，然后选Tools，Optimization，选Automatic，评价函数应该会降低。单击Exit，然后更新OPD图，系统在新的波长和共轭处有大约0.1个波长的像差。再次键入Ctrl-Z去掉第2面的厚度变量。 我们现在将用多重结构配置功能。从主菜单选“Editors，Multi-configuration（多重数据结构），再选Edit，Insert Config（插入结构）插入一个新的结构配置，双击第一行的第一列，从所显示的下拉框选择“操作数---WAVE”，在同样的对话框里，为“Wavelength # ”选择1，单击OK。这使得我们可以为每一个配置定义不同的波长。在“Config 1”下输入1.053，在“Config 2”下输入0.6328。现在按Insert为Multi Configuration Editor 加入新的一行，在新的第“1”行的双击第一列，然后选“THIC”作为操作数，从Surface列选2，单击OK，THIC 操作数可让我们为每一个配置定义不同的厚度。在Config 1下输入250，在Config 2下输入250。其中的2指的是第二面，因此我们已将第二面的厚度作为多重结构配置值定义了。键入Ctrl-Z，使结构配置“2下的第二面的厚度”成为变量。 现在返回到评价函数编辑器。选“Tools，Default Merit Function(默认评价函数)”，在显示的对话框中，
课程1：单透镜（a singlet） 开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线 特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图 （Spot diagram），确定厚度求方法和变量，进行简 单的优化。 假设需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，该怎样开始呢？ 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE（你工作的场所）窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 1、基本设置：开始，我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”---“通用配置（general）”----“单位units”，先确定单位。再选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，
将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入0.486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。 Z EMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入0.587，最后在第三行输入0.656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为0.486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 选择“系统（System）”---“视场（fields）”----“角度”将X、Y都设为零。表示光线平行于主光轴入射。 2、为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”---“通用配置（General）”---“aperture（孔径）”输入“光圈数值”：25。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。 3、加入一些重要的表面数据。ZEMAX模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚度（到下一个面的轴上距离），和玻璃。一些表面也可有其他的数据，我们以后将会讨论到。
光学软件设计 实验报告： 基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计 姓名： 学号：2011146211
一、实验目的 学会使用ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩大器进行优化设计。 二、实验要求 1、掌握使用多重结构配置。 2、进一步学习构建优化函数。 三、实验内容 设计一个激光扩束器，使用的波长为1.053um，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。要求只使用两片镜片，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜片之间的间隔必须不超过250mm，只许使用1片非球面，系统必须在波长为0.6328um时测试。 1、打开ZEMAX软件，关闭默认的上一个设计结果，然后新建一个空白透镜。 2、在IMA面（像平面）前使用insert插入4个面，输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值。 3、点击Gen设置入瞳直径为100，点击Wav设置波长为 1.053微米。
4、在主菜单Editors里构建一个优化函数，将第一行操作数类型改为REAY，surf输入5，Py输入1，taiget输入10，weight输入1。 5、在评价函数编辑窗中选工具—默认优化函数。选reset，将“开始在”的值设置为2，
确定。 6、点击Opt进行优化，优化后生产OPD图。
7、将第一面的conic设置为变量（control+z）。再次进行优化，重新生产OPD图并观察。 8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。 9、点击Wav重新配置光波长，将之前的1.053改为0.6328，确定后再次更新OPD图并分析。
10、将第二面的厚度250mm设为可变，然后再次点击Opt优化，重新生成OPD图。此时去掉第二面的可变状态。 11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗口的编辑菜单中选“插入结构”来插入一个新的结构配置，双击第一行第一列，从下拉框中选wave，在同样的对话框里为wavelength选择1，确定。在config1下输入 1.053，在config2下输入0.6328。
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析 武汉光迅科技股份有限公司宋家军（QQ：41258981）转载并修改 摘要 光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。 简介 ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。 根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。 “序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。 大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。 非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。 ZEMAX的功能 ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。
课 程 设 计 光学显微镜设计 设计题目 学 号 专业班级 指导教师 学生姓名 测量显微镜
根据学号得到自己设计内容的数据要求： 1.目镜放大率10(即焦距25） 2.目镜最后一面到物面距离110 3.对准精度1.2微米 按照实验步骤，先计算好外形尺寸。然后根据数据要求选取目镜与物镜。 我先做物镜。因为这个镜片比较少。按物镜放大率选好物镜后，将参数输入。简单优化，得到比较接近自己要求的物镜。 然后做目镜，同样的做法，这个按照焦距选目镜，将参数输入。将曲率半径设为可变量，调入默认的优化函数进行优化。发现“优化不了”，所有参数均没有变化。而且发现把光源放在“焦点”位置，目镜出射的不是平行光。我百思不得其解。开始认为镜头库的参数可能有问题。最后我问老师，老师解释，那个所谓的“焦点”其实不是焦点，我错误的把“焦点”到目镜第一个面的距离当成了焦距。这个目镜是有一定厚度的，不能简单等效成薄透镜。焦点到节点的距离才是焦距。经过老师指点后，我尝试调节光源到目镜第一面的距离，想得到出射平行光，从而找到焦点。但这个寻找是很费力气的，事倍功半。老师建议我把目镜的参数倒着顺序输入参数。然后用平行光入射，然后可以轻松找到焦点。 但是，按照这个方法，倒着输入参数，把光源放在无限
远的地方（平行光入射），发现光线是发散的。不解。还是按照原来的方法。把光源放在目镜焦点上，尽量使之出射平行光。然后把它与优化好的物镜拼接起来。后来，加入理想透镜（会聚平行光线），加以优化。 还有一个问题，就是选物镜的时候，发现放大倍率符合了自己的需求，但工作距离与共轭距，不符合自己的要求。这个问题在课堂上问过老师，后来经老师指点，通过总体缩放解决。 物镜参数及优化函数
ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本：Standard 标准版（原SE）；Professional 专业版（原EE）；Premium 旗舰版（原IE）。 1主要特色 1.1分析 提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP， *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt。 1.2优化 表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。 1.3公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。 报表输出 多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 2应用领域 含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。
Zemax 软件的界面 1 Zemax 软件的工作窗口 Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器（LDE ） 2.1 表面类型 Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。 LDE 的Surface Type （表面类型）栏分为两列，左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行，它们分别对应物面、光阑面和像面；右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型，用Standard 表示。 OBJ 即物面被默认为0面。 表格 1 不同表面的二次曲面系数 菜单栏 工具栏 LDE 表面类型 曲率半径 厚度 玻璃 半口径
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 一、实验目的 学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。 二、实验要求 1、掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 2、掌握ZEMAX软件的用户界面。 3、掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 4、学会使用ZEMAX的帮助系统。 三、实验内容 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图：ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口。 4．调用ZEMAX自带的例子（根目录下Samples文件夹），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、
点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 5．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 6．掌握镜头数据编辑窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 7．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 8．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 四、实验仪器 PC机
实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计 一．实验目的 学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。 二．实验要求 1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法； 2.学会输入波长和镜片数据； 3.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、产生图层和视场曲率图； 4.学会确定镜片厚度求解方法和变量，学会定义边缘厚度解和视场角，进行简单的优 化。 三．实验内容 （一）. 用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。 1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。 2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。 3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。 4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。 5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。 7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。 8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。 9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。 10. 将此设计起名保存，生成报告。 （二）. 以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。 1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。 2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。 4. 利用利用Solve功能来求解镜片边缘厚度，更新后更新后观察各分析图的相应变化。
Z E M A X软件基础介绍
Zemax软件的介绍 ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本：Standard 标准版（原SE）；Professional 专业版（原EE）；Premium 旗舰版（原IE）。 1主要特色 1.1分析 提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP， *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt。 1.2优化 表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。 1.3公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。 1.4报表输出 多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 2应用领域 含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。
Zemax 软件的界面 1 Zemax 软件的工作窗口 Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器（LDE ） 2.1 表面类型 Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。 LDE 的Surface Type （表面类型）栏分为两列，左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行，它们分别对应物面、光阑面和像面；右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型，用Standard 表示。 OBJ 即物面被默认为0面。 表格 1 不同表面的二次曲面系数 菜单栏 工具 LDE 表面类型 曲率半径 厚 度 玻璃 半口径
化学实验教学中的活动表现评价方法 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
化学实验教学中的活动表现评价方法 一、化学实验教学中的活动表现评价的含义、特点及意义 1. 化学实验教学中的活动表现评价的含义活动表现评价( Performance Assessment) 发起于美国,20 世纪80 年代后,这种评价方法被大量地用于学科课程的教学诊断评价中。它是质性评价方法的一种具体表现形式。 化学实验教学的活动表现评价,是指评价者(可以是化学教师、家长、学生自己或同伴) 依据学生在解决问题的活动中的行为表现,对学生化学实验学习的过程与结果所进行的一种客观、综合的评价。对于化学实验教学的活动表现评价的含义,还应从以下几个方面作进一步的理解。 ·这种评价离不开一定的化学实验学习活动,而且这种活动是由学生完成的。 ·活动具有较强的目的性,学生在化学实验学习活动中要完成某种任务或一系列任务。 ·活动具有较强的情景性,力求在真实的情景中完成任务。 ·这种评价关注学生在活动中的外显的行为表现。 ·这些表现不仅仅只是化学实验学习活动的结果,更重要的还应包括学生在具体的化学实验学习活动过程中的一系列行为。 2. 化学实验教学的活动表现评价的特点及意义同传统的纸笔测验相比,化学实验教学中的活动表现评价具有以下几个优点： ·评价力求在真实的情景中来进行,因而,通过评价可以使学生关注与化学实验有关的实际问题,并探究解决问题的途径和方法。 ·评价的范围扩大了,不仅能评价认知领域的内容,同时也能对学生的化学实验探究能力、化学实验态度情感与价值观等进行评价。因而,有利于对学生的科学素养的发展作出全面、准确的判断。 ·评价深度增加了,不仅仅只是在记忆性内容的层面上进行评价,而且还常常涉及到应用和创造等能力的考察。因而,有利于通过评价来促进学生的创新精神和实践能力的发展。 ·评价不是“一次性”的或“一考定终身”,而是通过一系列的活动来进行评价,因而,通过评价可以较为真实的了解学生科学素养的发展情况。 ·评价是针对学生个体的,同样一个化学实验学习活动,每一名学生在活动中的表现是不同的,有的甚至差异还很大,因而,这种评价更具有个别性和针对
实验方案的设计与评价 一、实验方案的设计 （一）、一个相对完整的化学实验方案一般应包括的内容有：实验名称、实验目的、实验原理、实验用品和实验步骤、实验现象记录，及结果处理、问题和讨论等。 （二）、实验方案设计的基本要求 1、科学性 （1）、当制备具有还原性的物质时，不能用强氧化性酸，如： ①、制氢气不能用HNO3、浓H2SO4，宜用稀H2SO4等。另外，宜用 粗锌（利用原电池原 理加快反应速率），不宜用纯锌（反应速率慢）。 ②、同理，制H2S、HBr、HI等气体时，皆不宜用浓H2SO4。前者宜 用稀盐酸，后两者宜 用浓磷酸。 FeS + 2HCl = FeCl2+ H2S↑H3PO4+ NaBr NaH2PO4+ HBr↑（制HI用NaI） （2）、与反应进行、停滞有关的问题 用CaCO3制CO2，不宜用H2SO4。生成的微溶物CaSO4会覆盖在CaCO3表面，阻止反应进 一步进行。 （3）、MnO2和浓盐酸在加热条件下反应，制备的Cl2中含HCl气体和水蒸气较多；若用 KMnO4代替MnO2进行反应，由于反应不需加热，使制得的Cl2中含HCl气体和水蒸气极 少。 （4）、酸性废气可用碱石灰或强碱溶液吸收，不用石灰水，因为Ca（OH）2属于微溶物质，石灰水中Ca（OH）2的含量少。 （5）、检查多个连续装置的气密性，一般不用手悟法，因为手掌热量有限。 （6）、用排水法测量气体体积时，一定要注意装置内外压强应相同。
（7）、实验室制备Al（OH）3的反应原理有两个：由Al3+制Al（OH）3，需加氨水；由AlO2-制Al（OH）3，需通CO2气体。 （8）、装置顺序中，应先除杂后干燥。如实验室制取Cl2的装置中，应先用饱和食盐水除去HCl气体，后用浓H2SO4吸收水蒸气。 2、可行性 （1）、在制备Fe（OH）2时，宜将NaOH溶液煮沸，以除去NaOH溶液中溶解的O2；其次在新制的FeSO4溶液中加一层苯，可以隔离空气中的O2，防止生成的Fe（OH）2被氧化。 （2）、实验室一般不宜采用高压、低压和低温（低于0℃）等条件。 （3）、在急用时：宜将浓氨水滴入碱石灰中制取NH3，不宜用NH4Cl与Ca（OH）2反应制取NH3；又如，宜将浓HCl滴入固体KMnO4中制备Cl2；还有将H2O2滴入MnO2中制O2，或将H2O滴入固体Na2O2中制备O2等。 （4）、收集气体的方法可因气体性质和所提供的装置而异。 （5）、尾气处理时可采用多种防倒吸的装置。 3、安全性 实验设计应尽量避免使用有毒的药品和一些有危险性的实验操作，当必须使用时，应注意 有毒药品的回收处理，要牢记操作中应注意的事项，以防造成环境污染和人身伤害。 （1）、制备可燃性气体，在点燃前务必认真验纯，以防爆炸！ （2）、易溶于水的气体，用溶液吸收时应使用防倒吸装置。 （3）、对强氧化剂（如KClO3等）及它与强还原剂的混合物，千万不能随意研磨，以防止 发生剧烈的氧化还原反应，引起人身伤害等事故。 （4）、有毒气体的制备或性质实验均应在通风橱或密闭系统中进行，尾气一般采用吸收或燃 烧的处理方法。 （5）、混合或稀释时，应将密度大的液体缓慢加到密度小的液体中，以防液体飞溅。如浓硫 酸的稀释等。 （6）、用Cu制CuSO4，可先将Cu在空气中灼烧成CuO，再加稀
如何在Zemax下模拟单模光纤的光束耦合 本文描述了一种商用的光纤耦合器，系统使用SUSS MicroOptics FC-Q-250微透镜阵列来耦合两根康宁（Corning）SMF-28e光纤。如下图所示： 供应商提供的上述元件的参数如下：单模光纤，康宁SMF-28e 数值孔径0.14 纤芯直径8.3μm 模场直径@1.31μm 9.2±0.4μm 微透镜阵列，SUSS MicroOptics SMO39920 基片材料熔融石英 基片厚度0.9mm 内部透过率>0.99 透镜直径240μm 透镜节距250μm 曲率半径330μm 圆锥常数（Conic constant）0 数值孔径0.17 附件中的文件single mode coupler.zmx 是整个系统的Zemax文件。请注意一下几点： 物面到透镜的距离和透镜到像面的距离设定为0.1mm，是因为这比较接近实际情况。后面经过优化过程时候，这个尺寸还会发生变化； 透镜到像面的距离使用了Pick-up solve，以确保和前面的物面到透镜的距离之间相等。既然两组透镜和光纤之间是完全一致的（在制造公差之内），因而整个系统也就应该是空间反演对称和轴对称的（either way round）； 两个透镜之间的距离设定为2mm，因为这个是实验中使用的数据。同样地，这个距离后面也将会被严格的优化；系统孔径光阑设定为根据光阑尺寸浮动（float by stop size），而光阑设定在第一个透镜的后表面。这就意味着系统的孔径光阑由透镜的实际孔径决定。因而光纤的模式在这个系统中传输的过程中，就有可能受限于透镜的实际孔径。在这个例子中，光纤的模式要比透镜的实际孔径小很多。 当心“数值孔径”的多种不同定义。它有可能指的是边缘光束倾角的正弦值，有可能是光强降低到1/e2时的光束倾角的正弦值（我们将会看到Zemax会在不同的场合使用这两种定义），也有可能定义为光强降到1%峰值强度时光
实验二ZEMAX 中的像质评价方法 一、实验目的 了解ZEMAX的各种像质评价方法。 二、ZEMAX的像质评价方法 ZEMAX提供丰富的像质评价指标，现结合D=0.5，相对孔径1/4、视场94°的1/6英寸CCD 广角物镜色合计参数，将主要评价结果介绍如下。 表3-1 广角物镜结构参数 序号半径R 间隔d 玻璃外径D 1 ∞0.6 K9 1.6 2 1.109 0.6 0.9 3 3.448 1.0 LAK3 1.1 4 -18.70 5 0.5 1.1 5 光阑0.1 0.35 6 -2.89 1.0 LAK3 0.41 7 -1.7 0.1 1.1 8 2.29 1.0 K9 1.1 9 -1.7378 0.6 ZF7 1.1 10 -14.791 1.1 1、几何像差曲线 (1)球差曲线（Longitudinal Aberration） 纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差）。 (2)焦点色位移（Focal Shift） 表示的是系统工作波长范围内不同波长的色光近焦距位移。横坐标表示焦点位移，纵坐标为不同色光的波长， 整个图形以主波长的近轴焦点为参考基准。 （3）轴外细光束像差曲线（Field Curv/Dist） 左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值。 （4）子午光束与弧矢光束垂轴像差曲线(Ray Fan) 横坐标表示光束孔径高度，纵坐标表示垂轴像差，EY表示δy′(子午)，EX表示δz′(弧矢)。（5）垂轴色差（倍率色差）(Lateral Color) 横坐标表示不同色光与参考色光像高的像差，纵坐标表示视场。图中两条AIRY表示的曲线为艾里斑范围。 2、点列图(Spot Diagram) 点列图下方给的数可以看出每个视场的RMS RADIUS（均方根半径值）、AIRY光斑半径、GEO RADIUS为几何半径（最大半径），值越小成像质量越好。 另外根据分布图形的形状也可了解系统的各种几何像差的影响，如是否有明显像散或彗差特征，几种色斑的分开程度如何等。 3、波像差 （1）光程差曲线(OPD Fan) 表示每个视场的子午和弧矢方向上的光程差。横坐标表示光束孔径大小，纵坐标表示光程差。（2）波面三维图(Wavefront Map)
zemax基本操作要点 （1）镜头参数输入：在zemax中，对镜头参数输入有如下约定： 1）透镜表面个数（面数） 2）符号规则： 曲率半径r：如曲率中心位于镜片表面右侧，则曲率半径为正；反之为负 厚度d：如下一表面位于当前表面的右侧，则两表面之间的厚度为正；否则为负 (2)Gen(General Lens Data 通用) 这个按钮用于调用系统数据对话框，它用来定义作为整个系统的公共数据，而不是仅仅与单个面有关的数据。常用的选项有以下几个： 1)Aperture(孔径) 系统孔径表示在光轴上通过系统的光束大小。要设置系统孔径，需要定义系统孔径类型和系统孔径值。 Aperture Type： Entrance Pupil Diameter(入瞳直径) Image Space F/#(像空间F/#) Object Space Numerical Aperture(物空间数值孔径) Float By Stop Size(随光阑浮动) Paraxial Working F/#(近轴工作F/#) Object Cone Angle(物方锥角) 2)Ray Aiming(光线校准) 如果光线校准关闭，ZEMAX将会以光线充满入瞳为来确定进入系统的光线方向以及能量大小。 当Ray Aiming分别为Paraxial和Real时，光线分别按照近轴和实际光线追迹方式。光线充满光阑Stop面。 *Ray aiming使用前应通过Analysis——Fans——Pupils Aberration 先查看一 下入瞳象差 *当系统的F/#较小时，使用Paraxial Ray Aiming会引起较大的误差，应使用Real Ray Aiming。 （3）Fie(Field Data 视场) 视场对话框可以确定视场点。视场可以用Angle(角度)、Object Height(物高)、Paraxial Height(近轴像高)、Real Image Height(实际像高)这几种方式描述，具体情况根据系统特点选择。 设计视场的选择 一般小视场光学系统（2ω<80°） 0、0.707、1.0 中等视场光学系统（80°<2ω<140°） 0、0.5、0.707、0.866、1.0 大视场光学系统（2ω>140°） 0、0.3、0.5、0.7、0.85、1.0 视场权重：默认为1，最后根据需要不断修改。 （4）Wav(Wavelength Data 波长) 波长对话框用于设置波长、权重和主波长。ZEMAX也提供已经选择好的波长，可以通过下拉菜单选择。（select 一般选 Fdc的visible）
实验1 《科达组装电脑管理信息系统》 一、上机实验目的 1. 了解使用数据库开发一个小型信息系统的过程。 2. 掌握使用Access 数据库保存数据、按用户要求对数据进行处理，通过友好界面输出信息报告的方法。 3. 掌握Access 数据库查询、统计、输出等功能。 4.通过实验理解数据库知识、软件开发工具知识和管理信息系统知识，了解如何将它们融会贯通起来为解决实际应用问题服务。 二、上机实验基本要求 1. 在规定上机时间内完成信息系统的开发任务，由指导老师检查通过。 2. 按时提交上机实验报告。 3. 指出系统的创新之处（学生要说明系统的创新点及意义）。 三、开发系统资料 （一）公司基本情况 科达电脑公司现在是一个销售电脑外部设备和组装电脑的小公司，成长很快。该公司成立于1997 年，由于销售量增长很快，公司考虑扩展其业务。 公司目前推出5 种型号的计算机：入门级PC、家用PC、小企业PC、高能PC 和超强PC。公司采用标准配件组装这些计算机，其中一些配件如键盘、鼠标、主板及电源对所有型号的计算机都是一样的。另外一些配件象CPU，不同型号的计算机有不同的配置，入门级和家用PC 使用的是Celeron 系列产品，而其它型号则使用不同速度的Pentium 系列产品。还有一些配件包括硬盘、显示器和声卡对不同型号的计算机有不同的配置。在某些计算机中可能有一个特别的配件，另外一些则可能有多个特别的配件。例如，一些计算机中配置多条内存，另一些则配置多个硬盘。 （二）各种型号计算机的配置说明 科达公司的仓库里存放着装配公司五种计算机的全部配件，一共有36 个品种，每组装一台计算机，会使用15～20 种配件。 下列表格给出了每种计算机使用配件的详细情况。（注意，这些表格含有大量的重复和冗余，这种格式是不宜用作数据库表的）。
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析 摘要 光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。 简介 ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。 根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。 “序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。 非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。 ZEMAX的功能 ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。 序列性系统需定义视场角(field of view)、波长范围（wavelength range）和表面数据（surface date）。序列性设计的最重要参数之一，为系统孔径(system aperture)。系统孔径，常指入瞳(entrance pupil) 或孔径光栏（STO），它限制可从已定义视场入射光学系统的光线。光学表面可以是折射、反射或绕射。透镜可以是由均匀或渐变折射率材质所制成。表面的下弯(sag) 可以是球面、圆锥面(conic)、非球面(aspheric)或藉由多项式或其它参数函数
第十一章临床检验方法评价 本章考点： 1.基本概念和定义（了解） 2.临床检验方法评价（掌握，重点） 3.评价分析方法（了解，难点） 4.评价方法可接受性（熟悉） 5.应用范例：血清葡萄糖 70年代由Barnett和Youden首次提出了选择和评价临床实验室的客观计划。由国际临床化学联合会（IFCC）提供的文件提供了方法评价名词术语和哲学思想的一般讨论以及它与整个质量保证过程的相互关系。在1992年7月，病理学和检验医学档案包含了几篇有关方法评价的有用文章。也出版了该主题的书籍。美国国家临床检验标准化委员会（NCCLS）已制定了当进行方法学评价时，临床实验室人员和厂家执行的协同一致的草案。 本章的目的是描述临床实验室人员能用于客观地选择和评价分析方法的技术。为了实现这一目标，我们提供了（1）与方法学选择和评价过程密不可分的基本概念和定义的讨论；（2）选择候选方法的程序；（3）性能标准的讨论；（4）逐步描述如何评价候选的方法；（5）用于可接受方法的标准的描述。任何新方法（包括新的试验原理、新的仪器和新的试剂）在正式投入常规应用前都必须进行的评价程序。图6-11-1中显示的关键步骤为方法选择、方法评价和质量控制。 为了证实这种信息如何用于实际情况，我们在本节结束时举一实例。 新的或修改的方法引入到临床实验室对临床实验室专业技术人员期望保证高质量的服务来说是经常性的任务。方法的选择和评价是执行新方法过程的关键步骤（见图6-11-1）。因此，良好的实验室规范（实践）要求必须仔细地选择新的或修改的方法，在常规应用之前对其性能必须在实验室条件下进行严格和公正的评价。 一、基本概念和定义 见表6-11-1指出新方法成功评价的五个关键要点。抓住这5个关键点，成功的方法评价就能实现。方法选择和评价过程必须开始于临床。评价过程应寻求知道候选方法是否具有足够的分析重复性和准确度来产生结果，使其为临床所用。统计的和经济的考虑也是重要的，但是要与临床方面进行比较。例如，对于方法评价需要统计技术，但是统计的显著性意义并不能提供判断方法的可接受性的基础。关于接受或拒绝的决定应基于数据可进行误差的估计，并为临床所接受。实验成本的压力也已成为特别重要，但不是唯一因素。在选择候选方法时需要对其进行考虑。 表6－11－1 新方法成功评价的关键点 1.整个任务应用临床观点； 2.在开始之前，设定目标－分析目标； 3.执行正确的试验，收集所需的数据； 4.正确地使用统计工具，以便正确地估计误差； 5.作出客观方法的正确评论。 二、临床检验方法评价（重点）
第四章设计教程 简介 这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。 前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。 课程1：单透镜（a singlet） 你将要学到的：开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。 假设你需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，你该怎样开始呢？ 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 LDE中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。这个反白条在本教程中指的就是光标。你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用光标键。LDE的操作是简单的，只要稍加练习，你就可以掌握。 开始，我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。 屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。 ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。ZEMAX一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm 的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通