(完整版)基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计

一种激光连续变倍准直扩束系统的设计黄耀林;王敏;寇远凤【摘要】介绍了国内外激光扩束系统的研究现状,阐述了低倍率扩束系统设计原理,选用没有内部焦点的倒置伽利略式望远镜系统结构设计了一个无焦变倍的激光扩束准直系统.在Zemax软件中实现变倍扩束系统初始结构的设计,基于Zemax的REAY优化函数对光学系统中透镜的曲率半径和间距进行优化,实现5～25倍的连续变倍激光扩束.不同倍率下的波像差最大均方根值均小于λ/40,设计结果满足像质要求.经工艺分析,该设计符合加工的工艺要求,系统结构简单,具有实际应用价值.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P38-43)【关键词】无焦变倍;激光扩束;Zemax;优化设计;波像差【作者】黄耀林;王敏;寇远凤【作者单位】福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007;福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】TN249引言由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点[1],激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用。

在实际应用或实验过程中,通常需要用到口径不一的准直激光光束,尤其是在实验操作过程中,每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路,不利于实验操作,因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。

目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类[2-4]。

第一类是选用反射系统,此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束,常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。

由于此类系统通常采用非球面镜片,并且是固定的扩束比,通常是单独设计某一类口径的光束,而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度。

所以此类系统适合大倍率扩束的应用。

扩束（折射式望远镜）设计流程设计要求：平行光进，平行光出入射光孔径100, 出射20mm只能使用两个镜片，且第二个镜片为平凹镜（伽利略式）两镜片间空气隔约250mm系统用于1053nm激光系统；要使用632.8nm波长对系统进行预测试像差要最小化，仅能使用一个非球面学习要点：如何对特定设计要求优化参数如何设计一个双工系统，即工作波长和测试波长不同的系统如何在Zemax软件里定义薄透镜（仅用于聚焦），如何定义多结构界面问题分析：其实就是设计一个望远镜系统，如果没有特殊要求，这样的系统是很容易设计的。

然而现在有一些附加要求，特别是工作波长和测试波长不一样。

我们应该如何开展这样的设计呢？对一个实用系统，测试只是一个确信性能的手段，而最终系统应该在工作波长被使用。

因此，这个例子里，我们先以1.053μm为基准进行设计。

之后再考虑如何在0.6328μm下做测试。

注意，现在的系统是平行光入，平行光出。

由于没有成像功能，因此在Zemax里，无法评价由于该系统引入带来的像差是多大。

如何解决这个问题呢？我们可以在Zemax里插入一个薄透镜，即几何光学里常使用的那种透镜，只具有对平行光聚焦的作用，本身不产生任何附加像差。

这样平行光经过该近轴薄透镜聚焦后的像斑就可以用来衡量扩束本身带来的像差大小。

两个实际厚透镜是4个表面，薄透镜是1个表面。

再加上默认的物像平面，在Zemax 里定义上述系统，共需要7个表面。

1.通用参数设置：首先从系统-→通用配置选项里输入入瞳孔径值100mm，在系统-→光波长选项里输入工作波长1.0532.透镜表格编辑：根据设计要求，编辑透镜表格如下：由于目前我们不知道两个透镜表面半径该多大，因此我们都没输入初始值，选默认的无穷大，即都是平板。

这个值我们可以通过软件的优化功能获得，因此把他们定义为变量。

注意，设计要求凹透镜为平凹镜，因此第一个表面半径为无穷大，不能变，即表格里的“3”面。

而其余三个待确定量设为变量。

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。

（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。