基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计

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。

图1.1 Φ300 HTM激光扩束器
毕业设计开题报告
图2.1 卡塞格林系统
图2.2 格里高利系统
从对上述两种系统的分析可以看出,轴对称的结构形式使它们都存在中心遮拦现象
(b) 离轴的格里高利扩束系统图3.3 离轴反射式扩束系统
毕业设计开题报告。

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。

（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。

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。

（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。

科学技术创新2019.27多重结构配置的激光束扩大器设计张云哲钟小康张旭王郭玲（西安文理学院原子与分子重点学科，陕西西安710065）摘要：激光扩束的目的是可以扩展激光束的直径。

因此它可以被应用在很多的领域当中，最为熟知的就是望远镜系统当中。

而本项目则是主要应用ZEMAX 仿真软件。

本项目使用了波长为1.053微米，要求设计出输入光束直径为100mm,输出直径为20mm ，且输入和输出光束要平行。

根据要求求出系统初始结构，尺寸计算，利用ZEMAX 光学软件模拟系统具体光路图配置，并进行像差优化处理，结果表明，此系统像质优良，结构紧凑，系统满足设计要求。

关键词：光学设计；ZEMAX ；激光扩束中图分类号:O433.5+4文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2019)27-0014-021绪论目前激光扩束器的应用十分广泛，我们熟知的有几个类型，一种是透射式激光扩束器[1-3]，它大多是相同的结构组成的，可能就是镜片个数不同的区别。

比如开普勒系统和伽利略系统就是透射式的。

它突出的特点就是结构简单，大多情况下是由球面透镜组成的，所以，为了更好地让变倍系统有良好的效果，我们是可以通过各种途径来达到效果的[4-6]。

换句话说，就是更难的光学系统我们都可以设计，像变倍系统也是可以的。

如果我们要求的系统输出的激光口径很大的话，很容易我们会知道透镜的口径也一定会随之增大，那么这就会使得一部分和口径相关的像差也会明显的增大，例如球差、彗差等等都会增大[7]。

这样不只是照明的分布性受到了影响，也会让透镜的加工难度和成本随之提高，因此，只有小倍率的系统才适合用该类系统。

另外一种类型，则是反射式扩束系统。

通常情况下，像卡塞格林系统、格里高利系统都是[8]。

还有离轴反射式系统也属于该类型。

采用大口径的反射的镜面，不止提高了扩束比，而且它的非球面设计会让误差的降低效果大大提高，这是该类系统的一个突出特点。

压缩发散角受扩束比的影响，所以扩束比越大，就回越有利与它，并且提高了准直性，因此在激光扩束中有了广泛的应用。