基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题报告 毕业设计(论文)

柱⾯镜扩束系统柱⾯镜扩束系统⼀、实验背景ZEMAX 是⼀套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在⼀起，它能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。

ZEMAX中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。

同时，也提供快捷键以便快速使⽤菜单命令，ZEMAX 不只是透镜设计软件⽽已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强⼤、灵活、快速、容易使⽤等优点。

ZEMAX功能说明：1、序列性（ Sequential ）光线追迹⼤多数的成像系统都可由⼀组光学表⾯来描述，光线按照表⾯的顺序进⾏追迹。

如相机镜头、望远镜镜头、显微镜镜头等。

ZEMAX 拥有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化并进⾏公差计算。

ZEMAX 中的光学表⾯可以是反射⾯、折射⾯或绕射⾯，也可以创建因光学薄膜造成不同穿透率的光学⾯特性；表⾯之间的介质可以是等向性的，如玻璃或空⽓，也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。

同时也⽀持双折射材料，其折射率是偏振态和光线⾓度的函数。

在 ZEMAX 中所有描述表⾯的特性参数包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、温度系数、穿透率和绕射阶数都可以⾃⾏定义。

在 Sequential的光源追迹中，光源由物⾯上的视场或Bitmap扩展光源定义。

有常规的点光源，视场点可由⾓度、物⾼、实际像⾼或近轴像⾼来定义；点光源可以⽤不同权重定义，还可以分别指定每个光源的渐晕，进⽽调整不同视场的相对照度或F/＃。

ZEMAX也⽀持像散或椭圆形状的⼆极体光源及扩展光源，这些光源允许使⽤者⽤ASCII码⾃⾏定义的，它类似于Bitmap 图形，或⽤标准的Windows BMP或JPG格式⽽且各个象素上的光强度可以是不同的。

2、⾮序列性（ Non-Sequential ）光线追迹很多重要的光学系统不能⽤ Sequential 光线追迹的模式描述，例如复杂的棱镜、光机、照明系统、微表⾯反射镜、⾮成像系统或任意形状的对象等，此外散射和杂散光也不能⽤序列性分析模式。

光学设计报ZEMA一、设计目通过对设计一个双胶合望远物镜，学zema软件的基本应用和操作二、设计要的双胶合望远物镜，且相对孔径1:1设计一个全视场角1.56°，焦距1000m=13.6m要求相高三、设计过1双胶合望远物镜系统初始结构的选1.选由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差位置色差。

又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。

本系统采用紧型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合1.确定基本像差参根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球；正弦；位置色s由此可得基本像差参量。

那么按初级像差公式可F1.冕牌玻璃在前0.0.80.0.8火石玻璃在前0.008因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计1.选定玻璃组鉴玻璃的性价比较好，所以选作为其中一块玻璃。

查表发现0.000.030.008Z组合，此时对应最接近的组合。

此系统选Z组合的折射的折射0.038311.6721.516Z1.74.284070.06092.009402.4求形状系1.考虑到任何实际的透镜组总是有一定的厚度，因此需要把薄透镜组转换成后透镜组100m1/110m。

选用压圈方式根据设计要，则通光口3.m，由此可求得透镜组定透镜组，该方式所需余量由《光学仪器设计手册》查得103.m外径对于凸透镜而言；假分别为球面矢高为折射球面曲率半径为透镜外径如图所示，由上式可求。

将所求的的结果代入下式中可求得凸透镜最小2.62.1缘厚103.4.88.m11利用下式可求得凸透镜的最小中心厚m10.01.02.611.6对于凹透镜而言：先求，再代入下式中可求得凹透镜最小边缘厚1.0.02.6103.11.6m11利用下式可求得凹透镜的最小中心厚不变的条件下进行薄透镜变换成后透镜时，应保四、设计结果）1.1、入瞳直径的设定（图11.1图）2.12、视场角的设定（图2.1图）3.13、工作波长的设定（图3.1图）4.24.1、4、评价函数的选择（图4.1图4.2图）55.1、系统的透镜参数表（5.1图）6.1、优化工具窗口（图66.1图）7.17、系统的结构轮廓图（7.1图）8.1（图MTF、系统的8FFT8.1图）9.1（图PSF FFT、系统的9．9.1图）10.1图（图CURV/DIST10、系统的FIELD）10.1（图）11.1（图图DISTORION GRID、系统的11．11.1图）12.1（图12、系统的SPOT DIAGRAM图12.1图）13.1图（图COLOR TERALLA、系统的13．13.1图）14.1（图FAN14、系统的RAY图14.1图图FAN OPD、系统的15）15.1（图15.1图）16.1（图图、系统的WA VEFRRONT MAP1616.1图）17.1（图图energy encircled diffraction、系统的17．17.1图（数据如下）data system18、系统的DataSystem/PrescriptionFiles\ZEMAX\SAMPLES\LENS.ZMXC:\Program:File Title:2014OCT29Date:WEDTA:DA LENS GENERAL5Surfaces:1Stop:100Aperture=Pupil Entrance Diameter:SystemGB903-87中国Catalogs:SCHOTTGlass OffRay Aiming:0.00000E+000=Uniform,factorApodization:2.00000E+001(C):Temperature 1.00000E+000:TM)Pressure(A Off:Environment To Data Index Adjust pressure)andtemperaturesystematLengthFocalEffective:air(in999.6842space):LengthFocalEffective(in999.6842image989.2692LengthFocalBack:1013.029Track Total:9.996842SpaceImage:F/#9.996842:F/#Working Paraxial9.996906:F/#Working0.04995335:Image Space NA5e-009:Object Space NA50:Stop Radius13.61011:Image HeightParaxial 0:Paraxial Magnification100:Pupil DiameterEntrance0:Pupil Position Entrance100.4728Pupil Diameter:Exit-1004.411Pupil Position:Exitdegreesin AngleField Type:0.78Field:Maximum Radial祄0.5875618:Primary Wavelength MillimetersUnits:Lens0.9952938Magnification:Angular5Fields:degrees Angle inField Type:Weight#Y-V alueX-Value 1.00000010.0000000.000000 1.00000020.2340000.0000001.00000030.3900000.000000 1.0000000.00000040.551000 1.0000000.00000050.780000 FactorsVignettingAN#VCXVDXVVDYVCY0.0000000.0000000.00000010.0000000.0000000.0000000.00000020.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.00000030.0000000.0000000.00000040.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.00000050.0000000.0000003:Wavelengths祄Units:Weight#Value 1.00000010.486133 1.00000020.587562 1.0000000.6562733．。

Zemax激光高斯光束仿真_____开题报告学生：陈琪物理与信息工程学院指导老师：陈翔宇江汉大学一．研究的目的和意义激光自60年代初问世以来，由于其亮度高、单色性好、方向性强等优点，在许多领域得到了广泛应用。

例如激光加工、激光精密测量与定位、光学信息处理和全息术、模式识别和光计算、光通信等。

但无论激光在哪方面的应用，都离不开激光束的传输，因此研究激光束在各种不同介质中的传输形式和传输规律，并设计出实用的激光光学系统，是激光技术应用的一个重要问题。

激光具有方向性好能量散射少接近与单色光单位面积能量高等优点所以在光纤通信材料加工等方面有广泛应用。

光作为目前应用领域不论是在工业切割还是在医学光子领域各种各样的场合越来越需要引进这种光源。

但由于激光具有单位面积能量高不易进行实物实验；还有就是各种光学元器件价格昂贵为了减少损失各种光学模拟软件应运而生。

光学模拟软件可以极大程度的还原真实的实验过程可以做各种各样的光路模拟波形仿真。

Zmax作为一款光学模拟软件其具有上手容易功能强大基本可以满足光学设计要求。

二．国内外现状及发展趋势Zmax作为一款光学模拟软件其具有上手容易功能强大基本可以满足光学设计的要求，目前市面上主要的光学辅助设计软件有■Zemax （光学设计软件）■TracePro（光学仿真软件）■ASAP（光学仿真软件）■LightTools（光学仿真软件）■CODEV (Optical Research Associates )■OSLO （Lambda光学设计软件）•ZEMAX 是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。

•OSLO 是处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。

•CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵。

•TracePro 是能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。

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。

ZEMAX 光学设计报告一、设计目的通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的基本应用和操作。

二、设计要求设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y`=13.6mm 。

三、设计过程1.双胶合望远物镜系统初始结构的选定1.1选型由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。

又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。

本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。

1.2确定基本像差参量根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0'0s =K ；位置色差0'0=FC l δ。

那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I I I I C S S ,由此可得基本像差参量为0===I ∞∞C W P 。

1.3求0P)(()⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=∞∞∞∞火石玻璃在前时冕牌玻璃在前时2202.085.01.085.0W P W P P因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计算,即0085.00-=P 。

1.4选定玻璃组合鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。

查表发现当000.0=I C ,与0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。

此系统选定9K 与2ZF 组合。

9K 的折射率5163.11=n ，2ZF 的折射率6725.12=n ，038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=ϕ，44.2=A ,72.1=K 。

1.5求形状系数Q一般情况下，先利用下式求解出两个Q 的值：AP P Q Q 00-±=∞再与利用下式求的Q 值相比较，取其最相近的一个值：)(1200+-+=∞A P WQ Q因为 0P P ≈∞，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞W W 。

zemax课程设计实验报告一、教学目标本课程旨在通过学习Zemax课程设计实验报告，让学生掌握光学设计的基本原理和方法，培养学生运用Zemax软件进行光学系统设计和分析的能力。

1.掌握光学基本概念和原理，如透镜、镜片、光路等。

2.熟悉Zemax软件的操作界面和功能。

3.了解光学系统设计的基本步骤和方法。

4.能运用Zemax软件进行简单光学系统的设计和分析。

5.能根据设计要求，优化光学系统性能。

6.能撰写简单的Zemax课程设计实验报告。

情感态度价值观目标：1.培养学生对光学学科的兴趣和好奇心。

2.培养学生团队合作精神和自主学习能力。

3.培养学生关注实际问题，运用所学知识解决实际问题的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学基本概念、Zemax软件操作、光学系统设计方法和实验报告撰写。

1.光学基本概念：包括透镜、镜片、光路等基本知识。

2.Zemax软件操作：学习Zemax软件的操作界面、功能和基本操作。

3.光学系统设计方法：学习光学系统设计的基本步骤和方法，如系统需求分析、光学元件选型、光学设计等。

4.实验报告撰写：学习如何撰写Zemax课程设计实验报告，包括实验目的、原理、过程、结果和结论等。

三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。

1.讲授法：用于讲解光学基本概念、原理和Zemax软件操作方法。

2.讨论法：用于探讨光学系统设计方法和实验报告撰写技巧。

3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光学系统设计的应用和实际意义。

4.实验法：让学生动手实践，培养实际操作能力和解决实际问题的能力。

四、教学资源本课程所需教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。

1.教材：选用《Zemax课程设计实验报告》教材，用于指导学生学习光学基本概念和Zemax软件操作。

2.参考书：提供相关光学设计和Zemax软件使用的参考书籍，丰富学生的知识储备。

ZEMAX光学设计报告一、引言ZEMAX是一种广泛应用于光学设计和仿真的软件工具，它提供了一系列功能强大的工具和算法，可以帮助光学工程师进行光学系统的设计、优化和分析。

本报告将介绍使用ZEMAX进行的光学设计，并详细阐述设计的目的、方法和结果。

二、设计目的本次光学设计的目的是设计一种能够产生高质量成像的透镜系统。

通过使用ZEMAX软件进行光学设计和优化，我们希望能够在保持高分辨率和低畸变的同时，尽可能减小像差和光能损失，实现最佳成像效果。

三、设计方法1.初始设计：根据设计要求和限制条件，我们首先进行了初步的系统设计。

选取了适当的光学元件，如凸透镜、凹透镜、平面镜等，通过摆放和调整位置来搭建初始的光学系统。

2. Ray Tracing：使用ZEMAX的Ray Tracing功能，我们可以模拟光线在光学系统中的传播和反射。

通过调整折射率、半径和曲率等参数，我们可以对光线进行控制和优化，实现所需的成像效果。

3. Aberration Analysis：使用ZEMAX的Aberration Analysis功能，我们可以对系统的像差进行分析。

通过查看球差、色差、像散、畸变等参数，我们可以对光学系统进行调整和优化，以提高成像的质量和准确性。

4. Optimization：在初步设计和光线追迹分析的基础上，我们使用ZEMAX的优化功能来调整光学系统的各个参数，以达到最佳的成像效果。

通过设置目标函数和约束条件，优化算法可以在设计空间中最优解，帮助我们找到最佳的设计方案。

5. Iterative Refinements：根据优化结果，我们进行了反复的调整和优化，以进一步改善光学系统的成像效果。

通过多次迭代，我们逐渐接近最优解，达到了设计要求。

四、设计结果通过使用ZEMAX进行光学设计和优化，我们成功地设计出了一种可以产生高质量成像的透镜系统。

经过多次优化和迭代，我们达到了如下设计目标：1.高分辨率：经过系统优化，我们成功降低了球差和色差等像差，提高了光学系统的分辨率。

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。