光学系统简介

激光加工机的光学系统--激光束传输.聚焦和观察系统激光基础知识1.1 激光的产生三要素：1.具有亚稳态能级的激活介质——激光工作物质；2.能量泵浦源——提供能量以实现粒子数反转；3.激光谐振腔——多次光放大维持激光振荡；1.2 激光光束的特性1）高光亮度——激光束发散角很小，光能量集中，光强度很高例如：太阳光亮度 3 x 102 W / (cm2.sr) ；气体激光器的光亮度106W / (cm2. sr)；固体激光器的光亮度可达1011W / (cm2.sr)；若进一步将激光束聚焦（空间上集中）或压缩脉冲宽度（时间上集中），则激光束更有极高的光亮度2）高方向性——由于谐振腔对光束方向的限制，激光束发散角很小。

例如He-Ne 激光器的发散角10-1 mrad; 固体激光器的发散角1－10 mrad（毫弧度）3）高单色性——激光的谱线宽度极窄——准单色光；若进一步采用稳频和选取单一纵模，更可大大压缩谱线宽度，可视为单波长。

4）高相干性——由于激光的谱线宽度极窄，传播中能产生相干的两点的时间间隔很大（时间相干性好）；又激光发散角很小，方向性很高，激光束波前面内任意两点均相干（空间相干性好）1.3激光器的输出特性1）激光波长——激光器输出准单色光；不同激光器输出激光波长不同，材料吸收特性各不同；对不同材料用不同的激光来加工。

2）激光输出的能量和功率连续激光: 激光功率P = 激光能量/ 秒脉冲激光: 峰值功率P= 脉冲能量E / 脉冲宽度Tm脉冲激光: 平均功率P=脉冲能量E x 脉冲频率f3）激光束的空间分布特性——基模（TEM00）高斯光束——光场振幅按高斯函数分布；振幅值下降到1/e(=0.368)强度下降到中心强度1/e2 的光斑宽度定义为光斑半径；对应的全角宽度定义为光束发散角；为了改善发散角可用小孔选模，非稳腔选模，拉长谐振腔等方法高斯光束的参数：束腰；等相位面；发散角；基模多模基模与低阶模实际激光束的横模c.调Q 脉冲激光——用调Q 技术压缩脉宽（纳秒量级），提高激光的峰值功率（声光调Q 可达数百千瓦；电光调Q 可至兆瓦以上）；d.超短脉冲激光——用锁模技术压缩脉宽到皮秒至飞秒量级，峰值功率达1012W, 可作很多精密微加工；4）激光束时间分布特性a.连续激光——以连续恒定的功率来描述；b. 普通脉冲激光——以脉冲宽度(毫秒量级）.脉冲能量与脉冲频率来描述；激光焊接常用脉宽1－10ms, 能量1至数十焦尔；峰值功率数千瓦；打孔和切割常用脉宽0.1－2ms ，能量为0.5－20j ；峰值功率达万瓦5）激光束的偏振特性光波是横向电磁波，电矢量与磁矢量总是在相互垂直方向上，一般只讨论电矢量的方向。

]光学系统的名词解释09-03-29 16:48 发表于：《【南京巡星会▪ NSC】》分类：未分类aperture stop（孔径阑）－限制进入光学系统之光束大小所使用的光阑。

astigmatism（像散）－一个离轴点光源所发出之光线过透镜系统后，子午焦点与弧矢焦点不在同一个位置上。

marginal ray（边缘光束）－由轴上物点发出且通过入射瞳孔边缘的光线。

chief ray（主光束）－由离轴物点斜向入射至系统且通过孔径阑中心的光线。

chromatic aberration（色像差）－不同波长的光在相同介质中有不的折射率，所以轴上焦点位置不同，因而造成色像差。

coma（慧差）－当一离轴光束斜向入射至透镜系统，经过孔径边缘所成之像高与经过孔径中心所成之像高不同而形成的像差。

distortion（畸变）－像在离轴及轴上的放大率不同而造成，分为筒状畸变及枕状畸变两种形式。

entrance pupil（入射瞳孔）－由轴上物点发出的光线。

经过孔径阑前的组件而形成的孔径阑之像，亦即由轴上物点的位置去看孔径阑所成的像。

exit pupil（出射瞳孔）－由轴上像点发出的光线，经过孔径阑后面的组件而形成的孔径阑之像，亦即由像平面轴上的位置看孔径阑所成的的像。

field curvature（场曲）－所有在物平面上的点经过光学系统后会在像空间形成像点，这些像点所形成的像面若为曲面，则此系统有场曲。

field of view（视场、视角）－物空间中，在某一距离光学系统所能接受的最大物体尺寸，此量值以角度为单位。

f-number（焦数）－有效焦距除以入射瞳孔直径的比值，其定义式如下：有时候f-number也称为透镜的速度， 4 f 的速度是2 f 速度的两倍。

meridional plane（子午平面）－在一个轴对称系统中，包含主光线与光轴的平面。

numerical aperture（数值孔径）－折射率乘以孔径边缘至物面（像面）中心的半夹角之正弦值，其值为两倍的焦数之倒数。

光学显微镜各部分名称及作用光学显微镜是一种常用的实验仪器，它通过利用光学原理来观察微小的物体。

光学显微镜主要由以下几个部分组成，每个部分都有其特定的作用。

1. 物镜（Objective Lens）：物镜是光学显微镜中最重要的部分之一，它负责收集和聚焦光线。

物镜通常由多个透镜组成，不同的物镜具有不同的倍率，例如10倍、40倍、100倍等。

通过切换不同的物镜，可以获得不同的放大倍率，以便观察不同尺寸的物体。

2. 目镜（Eyepiece）：目镜是位于光学显微镜顶部的镜片，用于放大物镜所形成的像。

通常，目镜的放大倍率为10倍。

通过目镜，我们可以看到被观察物体的放大图像，同时也可以调节目镜的焦距，以便获得清晰的视野。

3. 反射镜（Mirror）：反射镜是位于物镜和目镜之间的镜片。

它的作用是将从被观察物体反射回来的光线反射到物镜上，进而形成物体的放大图像。

反射镜通常是一个倾斜的平面镜，它不仅可以反射光线，还可以调整光路的角度，以便观察不同角度的样本。

4. 灯光源（Light Source）：光学显微镜需要一种光源来照亮被观察的物体。

通常，灯光源是一个位于显微镜底部的白炽灯或LED灯。

通过调节灯光的亮度和方向，可以改变物体的照明条件，以获得更清晰的图像。

5. 焦距调节装置（Focusing Mechanism）：焦距调节装置是用来调节物镜和样本之间的距离，以便获得清晰的图像。

通常，焦距调节装置由一个粗调节旋钮和一个细调节旋钮组成。

通过旋转这些旋钮，可以使物镜向上或向下移动，从而改变物镜和样本之间的距离，以获得最佳焦点。

6. 载物台（Stage）：载物台是光学显微镜上用来放置样本的平台。

它通常是一个可移动的平台，可以在不同的方向上移动样本，以便观察样本的不同区域。

载物台通常还配有夹持装置，以确保样本的稳定性。

7. 光学系统（Optical System）：光学系统是光学显微镜中所有光学元件的总称。

它包括物镜、目镜、反射镜等。

10倍望远镜光学系统设计（普罗型）10倍望远镜光学系统设计（普罗型）摘要⽬前国内⽣产望远镜的⼚家（公司）较多，产品⼤部分销于国外，⽽对产品的性能精度要求越来越⾼，为适应社会要求，为使学⽣初步掌握光学仪器设计过程，光学系统是在透镜的基础上，以不同的组合来实现的，深⼊研究了正负透镜的成像规律和组合光路的成像特性，才能更好的研究复杂的光学系统，为⾼科技普及于民打下坚实基础。

进⼊⼆⼗⼀世纪，科学技术飞速发展，对应⽤软件的开发和使⽤，成为社会发展的重要途径。

本课题研究的主体是10倍普罗型望远镜光学系统。

普罗棱镜⼜叫直⾓棱镜，是传统的经典设计，⽐较常见的设计是由两个完全相同的直⾓棱镜构成，优点是形状简单，容易加⼯和装配，缺点是相对屋脊棱镜，重量和体积较⼤。

设计出10倍普罗型望远镜的技术指标：放⼤率10* D/f＇=1:6 视场2w =5°正像视度调节范围±5折光度. 分别计算出物镜、⽬镜的焦距，出瞳、⼊瞳的直径，视场光阑的直径，⽬镜的视场⾓，瞳距，⽬镜⼝径，⽬镜的视度调节范围。

将所得数据输⼊ZEMAX软件实现像差的校正与平衡。

最终设计出合格望远镜，画出零件图。

关键词：光学系统设计；望远镜；透镜成像；像差T en times the optical telescopes system design（porro）AbstractThe current domestic production of a telescope of the manufacturer said that most of the foreign product to sell, with the product and higher accuracy, in order to adapt to society, to prepare students to master optical instrument for the preliminary design process 。

光学成像原理光学成像是指利用光学系统将物体的形象投射到成像面上的过程。

在现代科技中，光学成像技术被广泛应用于摄影、医学影像、天文观测等领域。

光学成像原理是指通过光的折射、反射、透射等现象，实现对物体形象的捕捉和再现的基本规律。

本文将从光学成像的基本原理、成像系统的组成和光学成像的应用等方面进行探讨。

首先，光学成像的基本原理是光的折射、反射和透射。

当光线遇到介质表面时，会发生折射现象，即光线的传播方向发生改变。

而在介质内部，光线会发生反射和透射，根据不同的介质特性和光线入射角度，光线会产生不同的反射和透射现象。

这些光学现象是光学成像的基础，也是成像系统能够捕捉物体形象的前提。

其次，成像系统通常由透镜、凸透镜、反射镜等光学元件组成。

透镜是一种光学元件，可以使光线发生折射，从而聚焦光线并形成清晰的像。

凸透镜则是一种使光线发生散射的光学元件，常用于摄影镜头。

反射镜则是利用光的反射特性进行成像的光学元件，例如望远镜中的反射镜。

这些光学元件通过组合和调节，可以实现对物体形象的捕捉和再现。

最后，光学成像技术在各个领域都有着广泛的应用。

在摄影领域，光学成像技术被应用于相机镜头，通过透镜的调节和光圈的控制，实现对景物形象的捕捉和记录。

在医学影像领域，X光成像、CT成像、核磁共振成像等技术都是基于光学成像原理实现的。

在天文观测领域，望远镜利用反射镜和透镜将天体的形象投射到观测器上，实现对宇宙的观测和研究。

综上所述，光学成像原理是通过光的折射、反射、透射等现象实现对物体形象的捕捉和再现的基本规律。

成像系统通过透镜、凸透镜、反射镜等光学元件的组合和调节，实现对物体形象的成像。

光学成像技术在摄影、医学影像、天文观测等领域有着广泛的应用，为人类认识世界、探索宇宙提供了重要的技术支持。

光学设计知识点概括大全光学设计是应用光学原理和技术进行光学系统设计的过程。

它涉及到光学元件的选择、布局和参数优化等方面的内容，旨在实现光学系统的目标性能。

本文将概括介绍光学设计的一些知识点，包括光学成像、光学系统设计方法和一些常见的光学设计软件等。

一、光学成像1. 光学成像原理：介绍光线传播、折射和反射等光学基本概念，阐述成像的本质和条件。

2. 成像表达方式：介绍光学成像的表达方式，如物方和像方的光线追迹法，相差法和矩阵法等。

3. 成像质量评价：介绍光学成像的质量评价方法，如像差理论、MTF（Modulation Transfer Function）等。

二、光学系统设计方法1. 光学系统设计流程：介绍光学系统设计的一般流程和步骤，包括需求分析、光学元件选择和系统优化等。

2. 光学系统的设计参数：介绍光学系统设计中的一些重要参数，如焦距、孔径、视场角、像面尺寸等。

3. 光学设计软件：介绍一些常见的光学设计软件，如Zemax、Code V和LightTools等，以及它们的基本使用方法和特点。

三、光学元件设计1. 透镜设计：介绍透镜设计的基本原理和常见的透镜类型，如球差、彗差和像散等。

2. 反射镜设计：介绍反射镜设计中的一些重要问题，如曲面型状、反射镜面材料选择和镀膜等。

3. 光学薄膜设计：介绍光学薄膜设计的一般步骤和方法，以及如何优化薄膜的性能指标。

四、光学系统的优化1. 成本效益优化：介绍如何在光学系统设计中平衡成本和性能，考虑制造和装配的限制。

2. 杂散光和干扰优化：介绍如何减少光学系统中的杂散光和干扰，提高系统的信噪比和图像质量。

3. 系统性能评估：介绍光学系统性能评估的方法和指标，如光束质量、轴向色差和场曲率等。

总结：光学设计是一门综合性的学科，涉及到光学理论、光学元件以及系统工程等多个领域。

本文对光学设计的一些知识点进行了概括，包括光学成像、光学系统设计方法和常见的光学设计软件等，旨在提供基本的理论和方法，帮助读者了解光学设计的基础知识。

光学系统设计物理系王宇兴信息区工具栏共24个按钮，对应F1~F12, shift+F1~shift+F12F4 打开简单的文字（程序）编辑器F5 显示面数据表；F6 操作环境设定；F7 高斯光束设定、计算表；F8 公差设定表；F9 文字窗口中显示各个表面数据；F10 文字窗口中显示近轴常数；F11 显示轴上点及视场边缘点的光线追迹信息；F12 轴上点及视场边缘点的像面点列图；S+F1 绘出透镜平面图；S+F2 绘出透镜立体图；S+F3 光线分析报告；S+F4 波前分析报告；S+F5 空间频率与MTF关系；S+F6 视场与MTF关系；S+F7 点列图报告图；S+F8 点扩散函数报告图；S+F9 执行优化；S+F10 显示运算元；S+F11 开启交互设计窗口；S+F12 自动对焦；菜单F ile 文件操作E dit 对面数据表中的“面”进行操作U pdate 改变透镜数据，进入数据表，操作环境设定等O ptimize 对优化进行设定和执行T olerance 公差设定及分析S how 在图形窗口绘制透镜数据或文本窗口显示数据C alculate 计算光路的成像质量或者对系统进行评估的参数O p tions 其它较深入的参数设定Use r用户对OSLO功能进行扩展的程序、功能一般放在这里D emo 示例程序W indow 开启新的或更新图形、文本窗口；H elp 帮助（对初学非常有用）命令输入栏OSLO 是开放的软件，软件只是图形界面，后台是对具体的指令进行处理；用户可以直接在“命令输入栏”输入指令；在图形窗口中菜单、工具栏中执行的每一个功能都对应一个指令或者一段程序；该指令名或程序名也将保存在“命令输入栏”的下拉列表中；用户也可以根据自己的积累或者设计目标编写自己的指令；优点：计算、设计的过程一目了然，是适合教学和专业设计的软件（类似于Matlab）文本窗口OSLO中至少保留一个文本窗口；用户可以通过Window 菜单打开开启新的文本窗口；文本窗口显示的数据在OSLO后台对应一个数据矩阵；用户可以通过一定的指令在自己的程序中调用这些数据；图形窗口用来显示光路结构、像面光斑（点列图）、像差等图形数据；OSLO中至少保留一个图形窗口；用户可以通过Window 菜单打开开启新的图形窗口；Smart button折射半径距离通光口径材质其他参数面数据表（Surface Spreadsheet）与口径有关参数共轭距参数与视场有关参数权重常用波长列表（优化时使用）常用波长列表yz或xz平面三维图中透镜外观设定偏移量透镜光路图形显示设定Show ÆLens Drawing ÆOperating Conditions取消选中面－鼠标右键单击添加一个面打开面数据表（F5）选中一个面（这时面操作工具按钮被Enable）在被选中面前添加按在被选中面后添加按删除一个面选中准备删除的面按设定折射率Model直接设定折射率和色散系数可能在实际中找不到具有设定折射率数据的材料多数用于特殊材料（材料库中没有）的设定Direct 直接指定材料在不同波长下的折射率Catalog在玻璃材料目录中选取材料型号用得最多需要材料库，也可以自己建立材料库（如国产玻璃材料）。

红外光学系统的特点1.突破了可见光谱范围的限制：红外光学系统的工作波段一般在0.75μm至1000μm之间，可扩展到远红外波段，远超过人眼可见的波段范围。

这使得红外光学系统能够观测到热辐射、红外相机图像等不可见的信息。

2.高灵敏度和高分辨率：红外光学系统能够测量低至微瓦级的辐射功率，具有优异的低噪声特性。

同时，红外光学系统具有较高的空间分辨率，能够精确测量目标物体的形态和温度变化。

3.热量检测和热成像能力：红外光学系统可以通过测量目标物体辐射的热量来获取目标物体的温度信息，这对于热量分布分析、温度变化观测和红外图像捕捉具有重要意义。

红外热像仪是红外光学系统的重要应用之一，可以实时显示目标物体的热量分布，用于建筑检测、安防监控等领域。

4.强大的穿透能力：红外光在大气中的传播和折射特性使得红外光学系统具有强大的穿透能力。

与可见光不同，红外光能够穿透一些普通材料如玻璃、塑料，以及霾、雾气等大气中的颗粒物质。

这使得红外光学系统在复杂的环境下，如夜间目标探测、大气遥感等方面具有很高的应用价值。

5.能源发现和测量：红外光学系统可以检测目标物体的辐射功率，从而实现能源的发现和测量。

通过红外光学系统测量的热辐射能量可以用于太阳能、热水能、地热能等能源的测量和利用。

6.用途广泛：红外光学系统具有广泛的应用领域。

在军事领域，红外光学系统可以用于夜视设备、导弹制导、战术侦查等；在工业领域，红外光学系统可用于红外成像、温度测量、检测无损等；在医学领域，红外光学系统可以用于医学成像、诊断和治疗等。

综上所述，红外光学系统具有突破可见光谱限制、高灵敏度、热量检测和热成像能力、穿透能力强、能源发现和测量、用途广泛等特点。

这使得红外光学系统在科学研究、工业生产、医疗诊断等领域都有着广泛的应用前景。