(完整word版)基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计

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.掌握使用ZEMAX实现光学优化设计的基本过程；2.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spotdiagram）、焦点色位移图和场曲图；3.学会面厚度的求解方法，学会定义透镜的边缘厚度解和视场角，进行简单的优化；4. 初步掌握为实际生产和装配考虑的额外设计和优化。

三．实验原理（一）基本设计过程1．拟好设计草图（光路图）；2.软件仿真光路图；3. 优化设计：像质分析评价—优化—再分析评价—再优化--……达到指标；4. 输出结果。

（二）优化设计仿真光路图完成以后，调用各种像质分析图进行像质分析评价，看设计是否达标，如还未达标，则恰当使用各种优化工具进行初步优化；然后再重新进行分析评价，看是否达标，如此反复，直到设计达标。

1.像质分析图。

本实验中需学会调用光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、焦点色位移图和场曲图来进行像质分析评价，各图可从主菜单-分析中调出。

光线像差（ray aberration）特性曲线：关于光瞳坐标函数的光线像差特征曲线，见理论课内容。

光程差（OPD）曲线：见理论课内容。

点列图（Spot diagram）：焦点色位移图（Chromatic Focal Shift）：不同波长（颜色）的光线对于同一个正透镜的不同焦距的曲线，可直观看出色差的大小。

视场、场曲图：见理论课内容。

2.调用优化工具进行优化。

本实验中需掌握solves功能和评价函数(Merit Function)两种优化工具。

(1)Solves功能：解（solves），能使一些函数可以自动地调整特定值，可在曲率、厚度、玻璃名称、半径、圆锥系数等参数上指定；(2)评价函数：评价函数也叫优化函数，可由直接调用系统自带默认评价函数或用户自创评价函数来创建，函数中的变量由用户自己在镜头数据编辑框中设置，函数值会实时显示在评价函数编辑框的表头上，函数值越小，说明优化的结果越好。

基于 ZEMAX 的二维变焦扩束光学系统设计于陶然;王超;唐晓军;刘洋【摘要】For the size control problem of slab laser’s output beam,a two-dimensional continuous zoom beam expender optical system is designed which expander ratio can reach 14 ~20 ×in the direction of X and 1.25~1.55 ×in the direction of Y.The movement rule of the fixed part,zooming part and compensating part are derived through the analy-sis of the three component zoom lens.The theoretical value is optimized by the ZEMAX,which makes the aberration of the system meet the requirement.Working wavelength of the system is 1064nm,and the size of output beam in a cer-tain range can be expanded to 35 ~40 mm.The system has some advantages of a simple structure,a short zoom dis-tance and a smooth zoom path.%针对板条激光器出射光束的尺寸控制问题，设计了一个在 X 方向扩束倍率为14～20×，Y 方向扩束倍率为1．25～1．55×的二维连续变焦扩束光学系统。

毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院、系：专业：光电信息工程设计题目：基于ZEMAX的激光扩束系统设计指导教师:年月日开题报告填写要求1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册）。

文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性;4．学生的“学号”要写全号（如020*******，为10位数),不能只写最后2位或1位数字；5。

有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年3月15日"或“2004—03—15”；6. 指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写.(完整版)基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题报告毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述:文献综述1。

1 本课题研究的背景激光扩束系统是激光干涉仪、激光测距仪、激光雷达等诸多仪器设备的重要组成部分，其光学系统多采用通过倒置的望远系统来实现对激光束的扩束.激光器发出的光束直径很细小，通常只有零点几到几毫米，激光束的这些特性在某些方面是很有用的。

然而在一些应用领域中需要的却是宽光束，如激光全息、光信息处理、激光照明等.例如在激光干涉仪的应用中，它要照射比激光束口径大的多的被测物体，然后通过光束的干涉来实现测量。

又如在激光的全息应用中，它要照射比激光束口径大得多的全息记录介质,以实现信息的记录和重现。

（完整版）基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计.doc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。

玻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 5， Py 输⼊ 1， taiget 输⼊⾥构建⼀个优化函数，将第⼀⾏操作数类型改为10， weight 输⼊ 1。

REAY ， surf 输⼊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O PD 图并观察。

并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，将之前的分1.053 改为0.6328，确定后再次更新析OPD 图。

此10、将第⼆⾯的厚度时去掉250mm第设为可变，然后再次点击Opt⼆⾯的可优化，重新⽣成变状OPD态图。

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。

ZEMAX 优化操作数 透镜单元的有效焦距 透镜单元的轴向色差 透镜单元的垂轴色差 规定波长的近轴像高 近轴放大率 角放大率透镜单元入瞳位置8. EXPP 透镜单元出瞳位置9. PETZ 透镜单元的PETZVAL 半径10. PETC 反向透镜单元的PETZVAL 半径 11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量 12. WFNO 像空间 F/# 13. POWR 指定表面的权重14. EPDI 透镜单元的入瞳直径15. ISFN 像空间F/# （近轴）16. OBSN17. EFLX18. EFLY19. SFNO3. ASTI 透过面像散（3阶近轴）4. FCUR 透过面场曲（3阶近轴）5. DIST 透过面波畸变（3阶近轴）6. DIMX 畸变最大值一阶光学性能 1. EFFL 2. AXCL 3. LACL 4. PIMH5. PMAG6. AMAG7. ENPP物空间数值孔径 “X'向看效焦距 “Y 向有效焦距 弧矢有效F/#像差1. SPHA 局）2. COMA 在规定面出的波球差分布（0则计算全透过面慧差（3阶近轴）轴像色差（近轴） 垂轴色差 径像像对于主光线的横向像差 “X”向横向色差 “Y”向横向色差12. TRAI 规定面上的径像横向像差13. TRAC 径像像对于质心的横向像差 14. OPDC 主光线光程差15. OPDX 衍射面心光程差16. PETZ 透镜单元的PETZVAL 半径17. PETC 反向透镜单元的PETZVAL 半径18. RSCH 主光线的RMS 光斑尺寸19. RSCE 类 RSCH20. RWCH 主光线的RMS 波前偏差21. RWCE衍射面心的RMS 波前偏差 22. ANAR 23. ZERN24. RSRE25. RSRH26. RWRE 类同RSRE （波前偏差）27. TRAD “X” 像 TRAR 比较28. TRAE “Y” 像 TRAR 比较29. TRCX 像面子午像差” XBJ （质心基准）30. TRCY 像面子午像差” YS J （质心基准）31. DISG 广义畸变百分数32. FCGS 弧矢场曲33. DISC 子午场曲34.OPDM 限制光程差，类同 TRAC 7. AXCL 8. LACL 9. TRAR 10. TRAX 11. TRAY 像差测试Zernike 系数几何像点的RMS 点尺寸（质心参考）类同RSRE （主光线参考）35.PWRH 同 RSCH36.BSER对准偏差37.BIOC集中对准38.BIOD垂直对准偏差11 .切向调制函数径向调制函数平均调制函数切向方波调制函数径向方波调制函数6. MSWA 平均方波调制函数7. GMTA8. GMTS 9. GMTT 衍射能级 1.DENC 衍射包围圆能量 2.DENF 衍身d 能量 3.GENC 几何包围圆能量 4. XENC透镜数据约束1 . TOTR 透镜单元的总长2. CVVA 规定面的曲率=目标值3. CVGT 规定面的曲率 >目标值CVLT 规定面的曲率V 目标值CTVA 规定面的中心厚度=目标值CTGT 规定面的中心厚度 > 目标值 CTLT 规定面的中心厚度V 目标值 ETVA 规定面的边缘厚度=目标值ETGT 规定面的边缘厚度 > 目标值 ETLT 规定面的边缘厚度V 目标值 COVA 圆锥系数=目标值MT 澈据 1. MTFT 2. MTFS 3. MTFA 4. MSWT5. MSWS 几何MTF 切向径向响应 几何MTF 径向响应 几何MTF切向响应4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.12. COGT圆锥系数> 目标值13. COLT圆锥系数V目标值14. DMVA约束面直径=目标值15. DMGT约束面直径 > 目标值16. DMLT约束面直径V目标值17. TTHI面厚度统计18. VOLU兀素容量19. MNCT最小中心厚度20. MXCT最大中心厚度21 . MNET最小边缘厚度22. MXET最大边缘厚度23. MNCG 最小中心玻璃厚度24. MXEG最大边缘玻璃厚度25. MXCG 最大中心玻璃厚度26. MNCA最小中心空气厚度27. MXCA 最大中心空气厚度28. MNEA最小边缘空气厚度29. MXEA最大边缘空气厚度30. ZTHI控制复合结构厚度31 . SAGX透镜在"XZ”面上的面弧矢32. SAGY透镜在”YZ"®上的面弧矢33. COVL柱形单元体积34. MNSD最小直径35. MXSD最大直径36. XXET最大边缘厚度37. XXEA最大空气边缘厚度38. XXEG最大玻璃边缘厚度39. XNET最小边缘厚度40. XNEA最小边缘空气厚度41 . XNEG最小玻璃边缘厚度42. TTGT总结构厚度 > 目标值43. 44.45.46.47.48. 49.TTLT 总结构厚度V 目标值 TTVA 总结构厚度=目标值 TMAS MNCV MXCV MNDT MXDT 结构总质量 最小曲率 最大曲率 最小口径与厚度的比率 最大口径与厚度的比率 参数数据约束 1 . 2. 3. PnVA PnGT 约束面的第n 个控制参数 > 目标值 PnLT 约束面的第n 个控制参数V 目标值 约束面的第n 个控制参数=目标值 XDVA 附加数据值=目标值(1-99) XDGT 附加数据值 > 目标值(1-99) 1-99) 3. XDLT 附加数据值V 目标值( 玻璃数据约束 1 . MNIN 最小折射率 2. MXIN 组大折射率 3. MNAB 最小阿贝数 4. MXAB 最大阿贝数 5. MNPD 最小△Pg -f6. MXPD 最大"g-f7. RGLA 合理的玻璃 近轴光线数据 1 . PARX 指定面近轴X 向坐标 2.PARY 指定面近轴Y 向坐标 3.REAZ 指定面近轴Z 向坐标 附加数据约束 1 . 2.4. 5. 6. 7. 8.REAR REAA REAB REAC RENA 指定面实际光线径向坐标 指定面实际光线X 向余弦 指定面实际光线Y 向余弦 指定面实际光线Z 向余弦 指定面截距处， 实际光线同面正交RENB 正交 10. RENC 正交 9. 指定面截距处, 实际光线同面11. RANG 同Z 轴向相联系的光线弧度角 12. OPTH 规定光线到面的距离13. DXDX 次”向光瞳X'向像差倒数 14. DXDY Y”向光瞳X'向像差倒数 15. DYDX 次”向光瞳向像差倒数 16. DYDY Y”向光瞳向像差倒数 17. RETX 实际光线'次”向正殳 18. RETY 实际光线"Y”向正交 19. RAGX 全局光线”X”坐标20. RAGY 全局光线坐标 21 . RAGZ 全局光线”Z”坐标22. RAGA 全局光线'次”余弦 23. RAGB 全局光线余弦 24. RAGC 全局光线”Z”余弦 25. RAIN 入射实际光线角 局部位置约束 1 . CLCX 指定全局顶点”X”向坐标 2. CLC Y 指定全局顶点‘丫”向坐标 3. CLCZ 指定全局顶点”Z”向坐标4. CLCA 指定全局顶点’次”向标准矢量指定面截距处, 实际光线同面5.6. CLCB指定全局顶点向标准矢量CLCC指定全局顶点”Z”向标准矢量变更系统数据1 . CONF结构参数2. PRIM主波长3. SVIG设置渐晕系数般操作数1 . SUMM两个操作数求和2. OSUM合计两个操作数之间的所有数3. DIFF两个操作数之间的差4. PROD两个操作数值之间的积5. DM 两个操作数相除6. SQRT操作数的平方根7. OPGT操作数大于8. OPLT操作数小于9. CONS常数值10. QSUM所有统计值的平方根11 . EQUA等于操作数12. MINN返回操作数的最小变化范围13. MAXX返回操作数的最大变化范围14. ACOS操作数反余弦15. ASIN操作数反正弦16. ATAN操作数反正切17. COSI操作数余弦18. SINE操作数正弦19. TANG操作数正切多结构数据1 . CONF 结构2. ZTIH 复合结构某一范围面的全部厚度 规定面空间高斯光束尺寸 规定面空间高斯光束束腰 规定面空间光束Z 坐标 规定面空间高斯光束半径 梯度率控制操作数 1. TnGT2. Tn LT3. TnVA4. GRMN 最小梯度率5. GRMX 最大梯度率6.LPTD 轴向梯度分布率 7. DLTN AN ZPL 宏指令优化1 . ZPLM 像面控制操作数1. RELI 像面相对亮度高斯光束数据1 . 2. 3. 4.CBWACBWO CBWZ CBWR。

（整理）用Zemax进行优化设计.目录摘要 (1)ABSTRACT (2)引言 (3)1 光学传递函数和点列图 (4)1.1光学传递函数 (4)1.1.1利用MTF曲线来评价成像质量 (5)1.1.2利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 (5)1.2点列图 (5)2 像差综述 (6)2.1轴上点球差 (7)2.1.1球差的定义和表示方法 (7)2.1.2球差的校正 (8)2.2像散与像面弯曲（场曲） (8)2.2.1像散 (8)2.2.2场曲 (9)2.3正弦差和彗差 (10)2.3.1正弦差和彗差的定义 (10)2.3.2彗差的校正 (12)2.4畸变 (12)2.5色差 (13)2.5.1位置色差 (14)2.5.2倍率色差 (15)2.6波相差 (15)3 表面类型 (17)3.1简介 (17)3.2内含表面 (17)3.3非球面镜片 (20)3.3.1简介 (20)3.3.2非球面镜片光学原理 (20)4 用ZEMAX进行优化设计 (21)4.1由抛物反射镜产生的初级球面像差: (21)4.2求由抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (22)4.3计算抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (23)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献................................................................................................................ 错误！未定义书签。

摘要本文研究了用Zemax设计非球面补偿系统的优化。

非球面抛物面反射镜在许多光学系统中被采用, 但加工检验较难。

在Zemax中优化控制设计零位补偿系统。

设计既方便, 加工又容易, 是一种较好的方法。

文中介绍了七种像差的定义和表示方法以及对于像差的校正方法；波像差的定义、形成原因及其与像差的关系；由于涉及到面型，本文还介绍了Zemax中包含的面型以及重要面型的简介。

基于Zemax的光学透镜设计与激光打标
机的应用
简介
本文旨在探讨基于Zemax的光学透镜设计在激光打标机中的应用。

光学透镜是激光打标机中至关重要的光学组件，其设计合理性直接影响到激光打标机的性能和质量。

Zemax光学透镜设计软件
Zemax是一种专业的光学设计软件，具有强大的光学设计和分析功能。

通过使用Zemax，设计师可以对光学透镜进行高精度的设计和优化，以实现激光打标机需要的精确焦距、聚光效果和光斑质量。

光学透镜设计原理
光学透镜的设计原理涉及到光学的折射、反射、透射等基本规律。

在使用Zemax进行光学透镜设计时，需要考虑到激光打标机的工作波长、光斑直径、工作距离等参数。

设计师可以通过调整透镜的曲率半径、厚度和材料来实现所需的光学功能。

光学透镜在激光打标机中的应用
光学透镜在激光打标机中扮演着关键的角色。

通过合理设计光
学透镜，可以实现激光的聚焦、扩束、从而控制光斑的形状、大小
和质量。

光学透镜的设计应考虑到激光的工作波长、功率以及所需
的聚光效果。

优化的光学透镜设计可以提高激光打标机的标记质量、速度和精度。

结论
基于Zemax的光学透镜设计在激光打标机中具有重要的应用价值。

使用Zemax进行光学透镜的设计和优化，可以帮助设计师实现所需的激光聚光效果，提高激光打标机的性能和质量。

因此，深入
理解Zemax光学透镜设计软件的原理和使用方法，对激光打标机的设计与应用具有重要意义。

Zemax初学者教程（光学设计）习作五：多重结构的激光扩束器你将学到：使用multi-configuration capability。

假设你需要设计一个在波长λ＝1.053μ下操作的laser beam expander，Input diameter为100mm，而output diameter为20mm，且Input 和output 皆为collimated。

在此设计之前，我们必须遵守下列设计条件：只能使用2个镜片；本设计在形式上必须是Galilean（没有internal focus）；只有一个aspheric surface可以使用；此光学系统必须在λ=0.6328μ下完成测试；本设计任务不只是要矫正aberration而已，而是在两个不同wave lengths 的情况下都要做到。

先谈谈条件2中什么是Galilean呢？Galilean就是光线从入射到离开光学系统，在光学系统内部不能有focus现象，在本例中即beams在两个镜片之间不能有focus。

好在本系统不是同时在2个wavelengths下操作，所以在- 1 –好的设计取决于你的知识和经验，而不是Zemax这样的工具，好的镜头出自你的头脑。

——道冲/charlietian /charlietian11- 2 –好的设计取决于你的知识和经验，而不是Zemax 这样的工具，好的镜头出自你的头脑。

——道冲/charlietian /charlietian11操作时我们可以变动某些conjugates 。

现在开始设计，依据下图的LDE 表键入各surface 的相关值。

其中surface 5的surface type 从Standard 改为Paraxial ，这时在镜片后面的focal length 项目才会出现。

注意到使用paraxial lens 的目的是把collimated light （平行光）给focus 。

同时把surface 5的thickness 及focal length 皆设为25。

本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==zemax实验报告篇一：ZEMAX 实验报告基于基本透镜组的照相物镜设计Zemax设计报告徐昕 10272055设计目的通过对设计一个以基本透镜组为基础的照相物镜，学会Zemax软件的基本应用及操作。

设计要求设计一个照相物镜，系统焦距f’=9mm，相对孔径1:4设计过程1.系统建模1.1选取初始结构从《光学设计手册》（李士贤，郑乐年编，北京理工大学出版社，1990）中选取了一个1.2系统特性参数输入在General系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库，如图1-1，图1-2。

打开视场设定对话框设置5个视场，如图1-3。

打开波长设定对话框点击“Select>>F,d,C(visible)”自动加入三个波长，如图1-4。

表1-1图 1- 1图 1- 2图1- 3图1- 41.3初始结构输入对照表1-1，在Lens Data Editor中输入初始结构，如图1-5。

利用Zemax中的“solve”功能，求解透镜组最后一面的厚度。

选取需要设计的单元格，在“Solve”中选取“Thickness”，弹出“Thickness Solve on surface 7”求解对话框。

在对话框“Solve type”中选择“Marginal ray height”，将“Height”值输入为“0”，表示将像面设置在边缘光线聚焦的像方焦平面上，如图1-6，图1-7。

图 1-5图1-6图 1-71.4调整系统焦距打开“System Data”系统数据报告窗口，查看系统现有焦距，为65.65414mm，如图1-8，与设计要求不符，需要通过缩放功能进行调整。

选择“Tools>>Scale Lens”,缩放因子为9/65.65414=0.137082，在Scale By Factor缩放因子后填入0.137082，如图1-9。

（完整版）激光扩束望远镜设计激光扩束望远镜设计一、项目研究背景在激光发射系统中，为了增大激光平行度作用距离，要求减小光束的发散角.这样才更大的范围内激光都可以保持较好的线性度。

因此，在发射系统中常采用扩束望远镜来扩展激光光束，达到系统的准直性要求。

而与一般的发射系统相比，强脉冲激光发射系统对光学系统的整体性能提出了更高的要求，不仅要求光学系统的准直性好，而且要求整个光学系统具有高抗光损阔值、高反射率、热变形小等特点.此外，在实际应用中还要求目标距离处的光斑尺寸具有可调节性，因此该种激光发射系统在理论设计与实际工程监理方面都面临着极大的考验。

二、项目研究内容1、望远镜系统激光扩束原理激光扩束器的设计中常采用倒置的望远镜系统，高斯光束通过望远镜系统的变换矩阵为11221M lf f f M f ττ+ ? ? -+ 式中12,f f 分别表示两镜的焦距，两镜间距12l f f =++?，其中?表示失调量，21f M f τ=-为放大镜的放大率。

设入射光束束腰为0w ，焦参数为20w f πλ=，物距为s ，经望远镜系统后变为束腰为'0w ，像距为's 的高斯光束。

其中对于调焦系统有：2'12()s M f f M s ττ=-+-'00w M w τ= 远场发散角0θ与束腰0w 间有反比关系，即02011M τθθ=，远场发散角被压缩M τ倍，且与物距和像距均无关。

当1s f =时，'2s f =，即像方激光束腰位于第二透镜2 L 的后焦面上；当12s f f >>+时，'2s M s τ≈-，该望远镜系统的扩束比'00w M M w τ==。

2、几种激光扩束望远镜的性能分析2.1折射式扩柬组远镜系统使用透镜作物镜的望远系统称为折射式望远镜，根据不同的目镜类型可分为伽利略望远镜系统和开普勒望远镜系统。

伽利略望远镜系统具有结构简单、筒长短、等优点，但是其局限性在于不能容纳空间滤波或进行大倍率的扩束，因此其应用领域受到了比较大的限制。

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设计要求设计一个照相物镜，系统焦距f’=9mm，相对孔径1:4设计过程1.系统建模1.1选取初始结构从《光学设计手册》（李士贤，郑乐年编，北京理工大学出版社，1990）中选取了一个1.2系统特性参数输入在General系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库，如图1-1，图1-2。

打开视场设定对话框设置5个视场，如图1-3。

打开波长设定对话框点击“Select>>F,d,C(visible)”自动加入三个波长，如图1-4。

表1-1图 1- 1图 1- 2图1- 3图1- 41.3初始结构输入对照表1-1，在Lens Data Editor中输入初始结构，如图1-5。

利用Zemax中的“solve”功能，求解透镜组最后一面的厚度。

选取需要设计的单元格，在“Solve”中选取“Thickness”，弹出“Thickness Solve on surface 7”求解对话框。

在对话框“Solve type”中选择“Marginal ray height”，将“Height”值输入为“0”，表示将像面设置在边缘光线聚焦的像方焦平面上，如图1-6，图1-7。

图 1-5图1-6图 1-71.4调整系统焦距打开“System Data”系统数据报告窗口，查看系统现有焦距，为65.65414mm，如图1-8，与设计要求不符，需要通过缩放功能进行调整。

选择“Tools>>Scale Lens”,缩放因子为9/65.65414=0.137082，在Scale By Factor缩放因子后填入0.137082，如图1-9。

光学设计Optical design题目名称：准直扩束系统的设计学校：长春理工大学学院：光电工程学院专业：光电信息工程学号：*********姓名：***2014.01.08目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2激光束及其准直扩束的原理 (1)1.2.1激光高斯光束的特性1.2.2激光束准直扩束的原理1.3折射型扩束器基本结构 (4)1.3.1开普勒扩束镜1.3.2伽利略扩束镜第二章光学设计软件ZEMAX概述 (5)第三章激光准直扩束系统设计 (9)3.1 准直扩束系统的参数确定 (9)3.2确定激光扩束系统的初始结构 (9)3.3 ZEMAX的优化 (11)第一章绪论1.1引言激光扩束系统是激光干涉仪、激光测距仪、激光雷达等诸多仪器设备的重要组成部分，其光学系统多采用通过倒置的望远系统，来实现对激光的扩束，其主要作用是压缩激光束的空间发散角，使扩束后的激光束口径满足其他系统的要求。

激光器发出的光束直径很细小，通常只有零点几到几毫米，激光束的这些特性在某些方面是很有用的。

然而在一些应用领域中需要的确是宽光束，如激光全息、光信息处理、激光照明、激光测距等。

例如在激光干涉仪的应用中，它要照射比激光束口径大得多的被测物体，然后通过光束的干涉来实现测量。

又如在激光的全息应用中，它要照射比激光束口径大得多的全息记录介质，以实现信息的记录和重现。

因此需要使用激光扩束系统来实现激光束的准直扩束。

1.2激光束及其准直扩束的原理1.2.1激光高斯光束的特性激光束的性质是由激光共振腔的几何形状和尺寸决定的,激光束具有特殊的结构,光束呈双曲线形，光束的截面上最小处称束腰(见图2.1),其半径为其中，b为共振腔的共振参数。

共振腔的共焦参数b可由下式求得:其中，R为共振腔球面镜的曲率半径，d为共振腔二镜面之间的距离。

1.2.2激光束准直扩束的原理最通用的扩束镜起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入负透镜和一个输出正透镜。

Zemax激光设计1. 简介Zemax是一种用于光学设计和仿真的软件，可用于激光器系统的设计和优化。

本文将介绍如何使用Zemax进行激光设计，并讨论一些常见的激光设计问题和解决方案。

2. Zemax激光器模拟Zemax可以模拟激光系统中的光束传播、反射、折射和衍射等光学过程。

使用Zemax进行激光器模拟的一般步骤如下：1.创建系统：使用Zemax的系统编辑器创建一个光学系统，包括激光器和光学元件。

可以在系统中添加光源、透镜、反射镜、隔离器、偏振器等。

2.设置光源：选择合适的光源类型，并设置光源的参数，如波长、功率、光斑大小等。

可以根据实际需求选择不同的光源模型，如高斯光源、平面波光源等。

3.设计光路：通过添加透镜、镜片、反射镜等元件，设计出完整的光学路径。

可以对这些元件进行参数调整和优化，以达到所需的光束形状和品质。

4.分析结果：使用Zemax的分析工具，对模拟结果进行评估和优化。

例如，可以计算光束直径、聚焦度、能量分布等参数，并根据需要调整光学元件的位置和参数。

5.优化设计：根据实验结果和需求，对光学系统进行进一步的优化。

可以使用Zemax的优化工具，自动搜索最佳的光学参数组合。

3. 激光设计中的常见问题与解决方案3.1 光束修形在激光器设计中，常常需要将初始光束修形为所需的光束形状，如高斯光束、束腰等。

Zemax提供了优化工具，可以通过调整透镜和镜片的参数，使光束达到最佳形状和品质。

3.2 光路对齐光路对齐是指调整光学元件的位置和方向，以使光束尽可能准确地通过系统。

Zemax提供了光路径追踪和反射衍射分析工具，可以帮助用户找到最佳的光学元件位置和角度。

3.3 聚焦和能量分布在激光器设计中，聚焦度和能量分布是两个重要的参数。

Zemax可以计算和优化光束的聚焦度和能量分布，帮助用户实现所需的聚焦效果和能量分布。

3.4 光损耗分析光损耗是指光束在激光系统中发生的能量损失。

Zemax可以模拟光束的传输和反射、透射过程，计算光损耗，并帮助用户找到降低光损耗的方法。

ZEMAX中如何优化非序列光学系统（翻译）优化就是通过改变一系列参数值（称做变量）来减小merit function的值，进而改进设计的过程，这个过程需要通过merit function定义性能评价标准，以及有效变量来达到这一目标。

本文为特别的为non-sequential 光学系统优化提供了一个推荐的方法。

推荐的方法如下：The recommended approach is:∙在所有merit function中使用的探测器上使用像素插值，来避免像素化探测器上的量化影响。

∙使用这些探测器上的合计值，例如RMS spot size, RMS angular width,angular centroid, centroid location 等，而不是某个特定像素上的数据。

这些'Moment of Illumination' 数据优化起来比任何特定的像素点的值平缓的多。

∙在优化开始之初使用正交下降优化法（Orthogonal Descent optimizer），然后用阻尼最小二乘法（damped least squares）和锤优化器（Hammeroptimizers）提炼结果。

正交下降法通常比阻尼最小二乘法快，但得到的优化解稍差。

首先使用正交下降优化法。

作为例子，我们用几分钟的时间优化一个自由形式的反射镜，最大化LED的亮度，使之从23Cd增加到>250 Cd。

Damped Least Squares vs Orthogonal DescentZEMAX 中有2中局部优化算法：阻尼最小二乘法(DLS)和正交下降法(OD)。

DLS 利用数值计算的结果来确定解空间的方向，即merit function更低的方向。

这种梯度法是专门为光学系统设计的，建议所有的成像和经典光学优化问题使用。

然而，在纯非序列系统优化中，DLS 不太成功，因为探测是在像素化的探测器上，merit function是本质上不连续的，这会使梯度法失效。

第31卷　第6期光　学　学　报V ol .31,N o .62011年6月ACTA OPTICA SINICAJune ,2011基于Zemax 的部分补偿透镜的优化设计孟晓辰　郝　群　朱秋东　胡　摇(北京理工大学光电学院,北京100081)摘要　用部分补偿法检测非球面时,部分补偿透镜的优化设计是关键技术之一。

针对这一难点,提出了一种以剩余波前斜率作为优化目标的基于Zemax 的部分补偿透镜设计方法,分析了剩余波前斜率与干涉条纹密度以及弥散圆之间的关系,得到了弥散圆可以定量表征剩余波前斜率的结论,并将弥散圆半径作为优化函数。

针对3种不同参数的非球面进行了部分补偿透镜的优化设计,设计结果表明,该方法可在保证干涉条纹可探测的前提下,简单、快速、全面直观地实现部分补偿透镜的优化设计,减小剩余波前斜率,降低干涉条纹密度,从而扩大干涉仪可测非球面面形误差的测量范围,提高可测的空间频率。

关键词　光学设计;部分补偿透镜;剩余波前斜率;弥散圆中图分类号　O435 文献标识码　A do i :10.3788/AO S 201131.0622002Optimization Design of Partially Compensating Le ns Base d on Ze maxMeng Xiaochen Hao Qun Zhu Qiudong Hu Yao(School of Opt oelectronics ,Beijing Institute of Technology ,Beijing ,100081,China )Abstract Optimization design of partially compensating lens is one of the key problems for aspheric surface testingusing partia lly compensating lens .A design method for the partially compensating lens based on Zemax ,which takes the slope of wave -front as the optimization objective ,is proposed .First the relation among residua l wave -front slope ,and interference fringe density and dispersive spot are analyzed ,leading to the conclusion that the dispersive spot can quantitatively characterize the residual wave -front slope and its radius is taken as the optimization target .Then the method is applied to the optimization design of partially compensating lenses corresponding to three kinds of aspheric surfaces .The results indic ate that ,on the prec ondition that the interference fringes are detectable ,the method can help complete the optimization design of partially compensating lens m ore simply ,faster and more visually ,resulting in dec rease of the residual wave -front slope and reduction in the interference fringes density .Therefore ,the mea surement range of the interferometer for testing aspheric surface is expanded ,and aspheric surfaces with higher spatial frequency can still be measured without increasing the resolution of interferogram detector .Key wo rds optical design ;partially compensating lens ;residual wave -front slope ;dispersive spot OCIS co des 220.1250;220.2740;220.1000;220.3620;220.4840 收稿日期:2010-12-31;收到修改稿日期:2011-02-22基金项目:国家自然科学基金(60578053)资助课题。