ZEMAX中如何将序列透镜转为非序列组件
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018:光纤输出光斑整形光源的选择问题(非序列模式)前面,我们已经用序列模式(实际是混合模式)描述过光纤输出光斑整形的例子,为何又要在非序列模式中再次描述呢?因为笔者在应用中发现,混合模式在某些情况下仿真的效果不佳。
下面举例来说明这个问题。
随便举个例子,如图18-1所示,先将系统波长设为0.808、0.850、0.880、0.910、0.950、0.980多波长系统(多几个波长或者少几个波长都没关系),光纤作为非序列元件插入到序列模式中,光纤芯径为0.1mm;光纤输出后经消色差透镜准直,再经过一个柱面镜和一个消色差透镜聚焦成为一个椭圆形光斑。
然后打开点列图,查看光斑形状。
如图18-2和18-3所示,在光线数目设置为不同的条件下,光斑形状、几何尺寸会有较大差异。
有时候就会怀疑,光线数目到底多少是合适的,是否光线数目越多越准确呢?不过,光线数目太多的话,会影响显示效果,刷新图像时间比较长(切换一下窗口就会刷新),内存小的话就比较讨厌了。
甚至有时候光线数目差异不大(奇数或偶数差异),但也会导致显示效果差异明显。
于是,我们来看看完全在非序列模式下,仿真效果又会怎样。
图18-1 光学组件列表(参数较多分段显示)图18-2 点列图离焦列表(光线数目7)图18-3 点列图离焦列表(光线数目79)图18-4 3D光路结构图(混合序列模式)为了减少麻烦,用不着重新在非序列模式中编辑所有组件;我们可以将上述例子直接转换到非序列模式下。
步骤为,主菜单Tools→Miscellaneous→Convert to NSC Group,在弹出的对话框中,选择要转换的序列范围,比如,这里是从Surface 2到Surface 13,同时注意勾选Convert file to non-sequential mode,确定后即可转换为非序列模式,透镜元件都在。
不过,你会发现,原来已有的非序列组件不能转换过来,自动消失了。
不过没关系,重新编辑缺失的组件即可。
混合式非序列(NSC with Ports)zemax目录[隐藏]•1混合式非序列(NSC with Ports) zemax•21-1 混合式非序列•31-2 例子-混合式非序列•41-3 出口埠•51-4 非序列组件•61-5 对象属性•71-6 非序列性透镜对象•81-7 复制对象•91-8 定义多焦透镜•101-9 表面折射•111-10 空气透镜•121-11 调整焦距参数•131-12 多焦透镜•141-13 运行优化•151-14 带状优化•161-15 目标局部•171-16 光线目标•181-17 系统性能•191-18 运行影像分析性能之优化•201-19 设罝变数•211-20 最终设计混合式非序列(NSC with Ports) zemax1-1 混合式非序列在NSC with Port的设计中,系统使用序列性模式中所定义的系统孔径(System Aperture)与场(Field)。
光线从每个被定义的场点(Field Point)射向系统孔径,并且穿越非序列性表面(NSC Surface)前的所有序列性表面。
随后光线进入非序列性模式的入口端口(Entry Port),并开始在非序列对象群(NSC Group)中进行传播。
当光线离开出口埠(Exit Port)将继续追迹剩余的序列性表面,直至成像面。
非序列性对象群可透过多个非序列性表面进行定义。
NSC with Ports常常被用来仿真不易建立于序列性模式的光学组件。
在此我们将着重在多焦透镜(Multi-Focal Lens)上:曲率半径为孔径位置的函数之光学组件。
这个透镜将有四个不同的局部。
1-2 例子-混合式非序列在功能列中单击「New」按钮来开启新的LDE(Lens Data Editor)。
开启一般资料对话框(General Data Dialog,System->General),在孔径页里设罝:l 孔径型态:入瞳直径(Entrance Pupil Diameter);l 孔径尺寸:38 mm。
非序列光线追迹非序列光线追迹是 Zemax 中的核心技术。
它是用于在具有多个光学路径的系统中对光线进行追迹的一种强大通用技术。
典型用例包括:1.照明系统,尤其是具有多个或复杂光源的照明系统2.干涉仪这类系统,其中穿过几个不同光学系统的光线必须以相干方式重组3.其他序列光学系统中的杂散光分析非序列范式是任何光线都没有预定义路径。
光线射出并投射到光路中的任意物体上,随后可能反射、折射、衍射、散射、分裂为子光线等。
与序列光线追迹相比,这是一项更为通用的技术,因此在光线追迹速度方面要慢一些。
在非序列元件编辑器中提供了物体列表。
此列表中的物体顺序没有意义(对此有几个例外情况:有关详细信息,请参见几何形状创建一节)。
光线从光源物体开始传播,直至投射到某个物体上,在该点可能会部分反射、透射、散射或衍射:的 N-BK7 棱镜面反射,大约 50% 的能在此例中,大约 1% 的能量被涂有 MgF2量被两个棱镜相接触的直角斜边面上的膜层反射/透射。
系统会发起新光线(称为“子”光线)以带走这部分能量,从而生成能量在系统中的去向的完整视图。
物体Zemax 中的非序列光线追迹以三维物体为基础。
(注意:要求所有程序均支持非序列光线追迹是不现实的。
)在 Zemax 中,非序列物体完全由定义该物体所需的所有表面组成。
例如,标准透镜物体由正面和背面、连接两面的柱体和边缘上的斜面组成。
多数 Zemax 物体均实现了参数化,这表示这些表面通过下列等式进行了定义。
因此,创建和修改很方便,而且仅占用非常少的内存空间。
此外,还可以进行优化并确定公差。
有些 Zemax 物体未实现参数化,如 CAD 物体。
这些物体只是作为数据文件存在。
由于 Zemax 将所有物体均视为三维体,而不是表面集合,所以很容易进行光线追迹和管理大型 CAD 文件。
基于表面的代码可能需要成千上万个表面来表示复杂的 CAD 物体:在 Zemax 中,它就是一个物体。
但是,不同的表面材料和膜层可应用到一个物体的任何表面,不论使用多少 CAD 实体来予以表示。