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ZEMAX光学设计：在非序列模式下仿真双折射实例
引言：
在非序列模式下，在物体类型（Object Type）中设置相关参数来仿真双折射偏振器件。
设计仿真：在ZEMAX非序列模式下仿真双折射偏振器件。
在波长设定对话框中，选择F,d,C（visible）自动加入三个波长，如下图：
在NSC Editor中输入结构参数，如下图：
第一行，设置一个椭球光源，Layout Rays设为100，Analysis Rays 设为100000，X Half Width和Y Half Width分别设为0.5mm，其他参数默认。
第二行，设置一个柱状双折射晶体，Z Position设为1，Material设为CALCITE（方解石），Front R和Back R分别设为20，Z Length设为100。
如上图，在第二行的Index对话框中，选择Birefringent，并在Ay 和Az分别设为0.707，Axis Length（轴线长度）为10mm。
第三行和第四行，分别设置两个Source Rectangle，用于分别探测o光和e 光。
查看NSC 3D Layout，如下图：
注意：需要勾选“Split NSC
Rays”。
查看探测器探测到的o光和e光的图像，如下图：。
光学设计指引贴9：非序列照明系统优化ZEMAX中的非序列照明系统优化，弥补了一些照明系统模拟软件不能优化的弊端，因此也是不少光学设计者感兴趣的问题。
为了能了解与掌握非序列系统的优化，应先了解非序列的建模。
本章给出了“桌面\非序列优化\1－非序列建模实例\例1.ZMX”，及其建模笔记“例1 建模笔记.doc”。
另外在ZEMAX 2009中做了个用FREZ操作数，进行非序列优化的实例“桌面\非序列优化\2－非序列优化实例\实例2”，内有ZEMAX建模文件，及其建模优化说明“非序列自由形式（Freeform Z）的优化.doc”。
这个优化实例,可引申到反光瓦，CPC类聚光照明系统的优化上。
以上只是非序列优化快速入门的指引部分，在“桌面\非序列优化\3－非序列优化教程\例3－非序列优化改善.ZMX”光棒优化方法，详细介绍了非序列优化的基本原理。
在此基础上，可以参考三个网上下载的非序列优化的说明。
一关于非序列操作数分类根据用途不同分为两类：1 非序列物体数据的约束NPXG－非连续的物体位置x 坐标大于NPXL－非连续的物体位置x 坐标小于NPXV－非连续的物体位置x 坐标值NPYG－非连续的物体位置Y 坐标大于NPYL－非连续的物体位置Y 坐标小于NPYV－非连续的物体位置Y 坐标值NPZG－非连续的物体位置z 坐标大于NPZL－非连续的物体位置z 坐标小于NPZV－非连续的物体位置z 坐标值NTXG－非连续的物体位置x 倾斜大于NTXL－非连续的物体位置x 倾斜小于NTXV－非连续的物体位置x 倾斜值NTYG－非连续的物体位置y 倾斜大于NTYL－非连续的物体位置y 倾斜小于NTYV－非连续的物体位置y 倾斜值NTZG－非连续的物体位置Z 倾斜大于NTZL－非连续的物体位置Z 倾斜小于NTZV－非连续的物体位置Z 倾斜值NPGT－非连续参数大于。
Hx 的值用来定义参数编号NPLT－非连续参数小于。
Hx 的值用来定义参数编号NPV A－非连续参数等于。
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。
Zemax⾮序列光线追迹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。
ZEMAX文档背景：大部分光学仪器都不是在理想条件下使用的，大多受到外界条件或安装时的影响，从而改变了玻璃自身的一些性质以及玻璃在仪器中的位置。
如温度及压力的变化会引起玻璃的折射率、曲率半径、厚度的变化；安装玻璃时，使玻璃产生一个位移，这些参数的变化将引起成像质量的波动，因此需要对设计好的结构进行温度和压力分析。
高精密的空间光学仪器必须在严酷的空间环境下具备可靠的光学性能。
这些空间环境体现在火箭发射阶段的冲击、振动、过载环境和在轨运行的空间微重力环境及空间热环境，使光机结构中产生刚体位移和表面畸变, 对光学系统必将造成光学误差, 影响成像质量, 甚至有时还会导致光学系统失效。
透镜受力的各种情况：•透镜装入镜框内通过注胶外加压板受到的压力•受到透镜自身重力的作用•地域的改变造成气压的改变从而对透镜压力的改变•进入不同的环境如在水里进行拍照、录像目标：步骤1：将理想的玻璃（未受外界条件影响）参数输入ZEMAX中得到一个分析文件。
步骤2：利用有限元分析软件将玻璃受到外界条件影响转变成玻璃的具体位移以及外界给玻璃的具体压力（玻璃自身参数的改变）。
步骤3：改变玻璃的几何变化使其产生的变化等效于步骤2中位移和压力产生的变化。
步骤4：生成程序（输入力和位移的变化，程序自动生成新的变化）ZEMAX简介•ZEMAX是一套综合性的光学设计软件，集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文件管理功能。
ZEMAX所有的这些功能都有一个直观的接口，它们具有功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。
•ZEMAX 有三种不同的版本：ZEMAX-SE（标准版）；ZEMAX-XE（扩展版）；ZEMAX-EE（工程版）。
有些功能只在EE版本中才具有。
ZEMAX可以模拟序列性（Sequential）和非序列性（non-sequential）系统，分别针对成像系统和非成像系统。
用于光学组件设计及照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、绕射等光学模型。
zemax非序列中模拟径向光栅Zemax是一款广泛应用于光学系统设计和模拟的软件工具。
在Zemax 中，我们可以使用非序列模拟来模拟径向光栅。
径向光栅是一种光学元件，它可以将进入光栅的光束分散成不同的波长，类似于光谱仪的作用。
在本文中，我们将介绍如何在Zemax中模拟径向光栅，并探讨其应用和特点。
我们需要在Zemax中创建一个光学系统。
我们可以选择适当的光源、透镜和探测器等元件，以构建一个完整的光学系统。
然后，我们可以在系统中添加一个径向光栅元件。
在Zemax中，我们可以选择不同的径向光栅参数，如光栅周期、光栅深度和光栅材料等。
这些参数将影响光栅的分散能力和效率。
一旦我们设置好了系统和光栅参数，我们可以使用Zemax的非序列模拟功能来模拟径向光栅的性能。
非序列模拟是一种基于物理光学原理的计算方法，可以模拟光线在光学系统中的传播和相互作用。
通过非序列模拟，我们可以得到光栅对不同波长的光的分散效果。
在模拟过程中，我们可以通过调整光源的波长范围和光栅的参数来观察光栅的分散效果。
我们可以得到不同波长下的光强分布图和光谱信息。
通过分析这些结果，我们可以了解光栅的分散能力和波长选择的范围。
径向光栅在实际应用中有许多重要的应用。
例如，它可以用于光谱分析、光学传感、激光调谐等领域。
通过模拟径向光栅的性能，我们可以优化光栅设计，提高光栅的分散效率和波长选择范围。
这对于一些需要进行波长选择和光谱分析的光学系统来说非常重要。
除了模拟径向光栅的性能，Zemax还提供了许多其他功能来辅助光学系统的设计和优化。
例如，我们可以使用优化功能来自动调整系统中的元件参数，以满足特定的设计要求。
我们还可以使用散射和吸收分析工具来评估系统中的光损失和噪声。
所有这些功能都使得Zemax成为光学系统设计和优化的强大工具。
在使用Zemax进行非序列模拟时，我们还需要注意一些细节。
首先，我们需要确保光源和探测器的位置和方向设置正确，以保证模拟结果的准确性。
基于zemaX的汽车新型反光杯设计1. 引言1.1 背景介绍在汽车行驶过程中，灯光的重要性不言而喻。
尤其是在夜间或恶劣天气条件下，反光杯的设计和性能直接影响车辆的安全性和可见性。
目前市面上的反光杯设计多样，但普遍存在光束散射、反射效率低等问题。
为了提升汽车反光杯的性能及设计，研发基于zemaX技术的新型反光杯势在必行。
zemaX技术是一种具有高光学透明度和折射率的材料，能够有效提高反光杯的折射率，使其具有更好的聚焦效果和反射性能。
通过将zemaX技术应用到汽车反光杯的设计中，可以有效减少光束散射，提高反射效率，增强车辆的可见性和安全性。
本文旨在探讨基于zemaX 技术的汽车新型反光杯设计，并分析其原理、特点、材料选择及实际应用情况，为汽车反光杯的设计和改进提供参考和启示。
1.2 研究目的研究目的：通过对基于zemaX技术的汽车新型反光杯设计的研究，旨在提高汽车反光杯的性能和实用性，满足消费者对安全和舒适性的需求。
具体目的包括：1. 探究zemaX技术在汽车反光杯设计中的应用，评估其优势和潜在问题；2. 分析反光杯设计原理，深入了解其工作原理和实现方式；3. 研究设计特点，探讨如何使新型反光杯更具实用性和设计感；4. 讨论材料选择对反光杯性能的影响，寻找最适合的材质；5. 探讨实际应用场景，了解反光杯设计在汽车行业中的实际价值和应用前景。
通过研究这些内容，旨在为汽车行业提供更具创新性和实用性的反光杯设计方案，满足消费者需求，提升汽车安全性和驾驶体验。
2. 正文2.1 zemaX技术介绍zemaX技术是一种基于人工智能和大数据分析的先进技术，专门用于汽车零部件的设计和优化。
通过zemaX技术，设计师可以快速而准确地模拟各种设计方案的效果，从而提高设计效率和准确性。
在汽车反光杯设计中，zemaX技术可以帮助设计师更好地理解光线的传播规律和反射特性，进而设计出更具优越性能的反光杯。
利用zemaX技术，设计师可以在虚拟环境中进行反光杯的设计和仿真实验，快速找到最优设计方案，并进行优化。
如何创建一个简单的非顺序系统建立基本系统属性我们将创造出一个带点光源的非序列系统，抛物面反射镜和一个平凸透镜镜头耦合成一个长方形光管灯，如下面的布局显示。
我们还将跟踪分析射线探测器获得光学系统中的各点照度分布。
下面是我们最终将产生：如果ZEMAX软件没有运行，启动它。
默认情况下，ZEMAX软件启动顺序/混合模式。
要切换到纯非连续模式，运行ZEMAX软件，然后点击文件“>非序列模式。
一旦纯非连续模式，在编辑器窗口的标题栏将显示非连续组件编辑器而不是在连续模式时只用于连续或混合模式系统的镜头数据编辑。
对于本练习，我们会设置系统波长，点击系统>波长，指定波长0.587微米。
我们还将在系统设置单位，System>General /Unit tab “一般组标签如下（默认）(default).。
除辐射辐照装置单位如Watt.cm -2外，您可以指定光度和能源单位，如lumen.cm -2或joule.cm -2。
我们将选择默认为这项工作辐射单位。
创建反射按键盘上的“插入”（insert）插入几行非序列编辑器。
在设计的第一部分，我们将创建一个由抛物面反射镜准直的线光源。
然后，我们将在+ Z上放置探测器对象和看光照在探测器上的分布。
建立第一个对象通过抛物面反射镜。
在编辑器对象1列“对象类型”（Object type）双击（右击一下）下，打开对象的属性窗口。
根据类型选项卡类型设置为标准的表面（Standard Surfauce），然后单击确定。
在编辑器，请在标准表面对象相应的地方列下列参数。
对于某些参数，您可能需要滚动到编辑器的右方以看到标题列，显示所需参数的名称。
Material: MirrorRadius: 100Conic: -1 (parabola抛物线)Max Aper: 150Min Aper: 20 (center hole in the reflector在反射中心孔)所有其他参数缺省您可以通过“分析>布局”>NSC三维布局菜单，或NSC阴影模型（分析“布局”>NSC阴影模型）打开NSC 三维布局，看看反射镜样子。
光学设计软件简介光学设计软件成像设计：CodeV（ORA 公司产品，USA）Zemax（ZEMAX Development CorporationOSLO( Lambda Research Corporation 公司，USA)照明设计：Lightools（ORA 公司产品）ASAPTraceproODIS光通讯设计软件：OptiWave薄膜设计：TFCalc, Filmstar 等nCodeV（ORA 公司产品，USA）——成像光学设计分析软件CodeV（ORA 公司产品，USA）——功能Zemax（Zemax 公司，USA）——光学设计分析软件Oslo（Lambda Research Corporation 公司，USA）——成像设计分析软件Lightools（ORA 公司产品，USA）——照明光学设计分析软件ASAP(Breault Co.) ——照明光学设计分析软件3) 光学设计应用广泛眼镜照相机、CD、VCD/DVD 、DC、DV等扫描仪、复印机、投影仪等显微镜、内窥镜、X光机等日常照明、汽车车灯等望远镜、瞄准仪、测量仪器激光、卫星等光纤通讯等非成像光学、太阳能利用等Zemax 简介Zemax 公司开发光学设计软件•功能完整（设计、分析、优化、公差分析等）•使用方遍•光线追迹算法—序列光线追迹—非序列光线追迹（蒙特卡罗算法）完整的数据表格式输入，编辑方便多功能分析（MTF 、点列图等）多种优化方式公差分析能力其他CAD 文件格式转换等Zemax 软件特点版本SE：标准版XE：完整版EE：专业版（可算非序列）Zemax 用户界面主要有四种用户界面—Editors: 编辑各种光学面参数或其他参数—Graphic Windows: 显示各种图形数据—Text Windows: 显示各种文本数据—Dialog Boxes: 编辑其他各种Window 的数据或报告错误信息。
1）EditorsLens Data Editor：输入透镜参数Merit Function Editor ：优化函数构建Multi-Configuration Editor：多重结构参数定义Tolerance Data Editor ：公差分析函数设定Extra Data Editor：附加数据Non-Sequential Components Editor: 非序列光学系统Lens Data EditorMerit Function EditorMulti-Configuration EditorTolerance Data EditorNon-Sequential Component Editor 2）图形窗口Layout生成dxf 文件Ray FanMTF将物分解为各种空间频率的谱，光学系统的光学特性可视为对各种空间频率的传递和反应能力，从而建立光学传递函数的评价方法。
zemax 非序列模式材料的透过率折射率色散系数数值大小设置-回复Zemax 软件是一款用于光学设计和仿真的行业标准软件。
在其中使用非序列模式材料时，我们需要设置材料的透过率、折射率和色散系数等数值。
本文将一步一步回答这些问题，以帮助读者更好地理解和运用Zemax 软件。
首先，让我们来了解一下非序列模式材料在光学设计中的作用。
在Zemax 中，非序列模式材料是由多个层或表面组成的材料，每个层可以具有不同的折射率、透过率和色散系数。
这种材料常用于设计光学透镜和反射镜等光学元件。
在Zemax 中设置非序列模式材料的透过率是非常简单的。
首先，在Glass Catalog Manager 中选择“非序列”选项卡，然后点击“添加”按钮。
在弹出的对话框中，我们可以设置材料的名称、折射率和透过率。
对于透过率值的设置，我们可以选择使用常数值或根据波长进行插值。
如果选择常数值，在输入框中填入我们想要的透过率数值即可。
如果选择插值，我们可以点击“规格郁人范围”按钮，并设置起始波长和结束波长以及插值步长。
在光谱编辑器中，我们可以手动输入或加载已有的光谱数据文件，然后通过插值计算得到波长范围内的透过率数值。
接下来，让我们来设置非序列模式材料的折射率。
在Glass Catalog Manager 中的“非序列”选项卡中选择我们要设置的材料，然后点击“编辑”按钮。
在弹出的对话框中，我们可以设置材料在不同波长下的折射率数值。
与透过率类似，我们可以选择使用常数值或根据波长进行插值。
如果选择常数值，在输入框中填入我们想要的折射率数值即可。
如果选择插值，我们可以点击“规格郁人范围”按钮，并设置起始波长和结束波长以及插值步长。
在波长范围内，Zemax 会根据插值算法自动计算并设置每个波长对应的折射率数值。
最后，让我们来设置非序列模式材料的色散系数。
在Glass Catalog Manager 中的“非序列”选项卡中选择我们要设置的材料，然后点击“编辑”按钮。
ZEMAX操作教程ZEMAX是一个可以用来设计光学系统、模拟光线传播和优化光学元件的软件。
本篇文章将向大家介绍一些关于ZEMAX的基本操作方法和一些常用功能。
希望通过这篇文章，读者可以对ZEMAX有一个初步的了解，并能够在实际使用中应用相关技巧。
在开始设计光学系统之前，我们首先需要创建一个新的光学系统。
点击菜单栏中的"File"，选择"New"，然后选择"System"。
在弹出的对话框中，输入光学系统的名称和初始物方参数。
点击"OK"后，一个新的光学系统将被创建。
接下来，我们需要添加光学元件。
点击菜单栏中的"Insert"，可以选择向光学系统中添加各种不同类型的元件，例如透镜、反射镜、衍射光栅等。
选择相应的元件后，将其拖动到视窗中的适当位置即可。
对于一些元件，还可以通过点击右键来修改其属性和参数。
添加完所有的光学元件后，我们需要设置光源和探测器。
点击菜单栏中的"Insert"，选择"Source"和"Detector"，然后将它们分别拖动到光学系统的适当位置。
通过右键点击光源和探测器，我们可以设置它们的参数，例如波长、功率、位置等。
设置完光源和探测器后，我们可以进行光线追迹仿真。
点击菜单栏中的"Analyze"，选择"Sequential Mode"。
在弹出的对话框中，选择适当的仿真参数，例如光线追迹的方式、光线数目等。
点击"OK"后，ZEMAX将自动进行光线追迹仿真，并在视窗中显示光线的传播路径和光强分布。
进行光线追迹仿真后，我们可以对光学系统进行优化。
点击菜单栏中的"Tools"，选择"Optimization"。
在弹出的对话框中，选择适当的优化方法和目标函数。
使用ZEMAX序列模式模拟激光二极管光源半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。
半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。
它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。
并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。
由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。
工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、355nm，功率从几瓦到几千瓦不等。
一般在SMT模板切割、汽车钣金切割、激光打标机上使用的是1064nm的，532nm 适用于陶瓷加工、玻璃加工等领域，355nm紫外激光适用于覆盖膜开窗、FPC切割、硅片切割与划线、高频微波电路板加工等领域。
军事领域半导体激光器应用于如激光制导跟踪、激光雷达、激光引信、光测距、激光通信电源、激光模拟武器、激光瞄准告警、激光通信和激光陀螺等。
半导体激光二极管基本结构：垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里—珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。
其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其他方向的激光作用。
激光二极管由于PN结发光位置不同，形成了两个方向的发散角，称之为二极管的快轴和慢轴如图所示，平行于PN结的方向为慢轴方向，垂直于PN结的方向为快轴方向，对于发光角度来说，快轴的发散角要大于慢轴发散角，一般两者的比值在2-3倍左右。
公式如下公式中：θx和θy是快轴和慢轴的发散角，Gx和Gy是X和Y方向光束的超高斯因子，用来控制二极管光源能量的集中度。
若Gx=Gy=1时则为理想高斯光束。
αx或αy是光束发散角大小，用来计算激光半功率远场发散全角度因子。
通常二极管厂家会给出激光功率衰减至一半时的半宽角度即θFWHM，也称为半功率角。
对于高斯光束，光束半径通常定义为处于峰值强度的 1/e2处对应的半径。
