LD快轴准直透镜FAC

1、LD快轴准直透镜FAC:从初级像差设计到 ZEMAX建模+zemax以某公司的LD快轴准直透镜为例说明其光学设计主要步骤，所用的方法为初级像差设计建模初级像差方法的技术细节，可参考任一光设经典书籍。zemax建模仅涵盖性能评估+优化+应用，制造分析如公差+出图在此不予讨论。希望对各位有所帮助。（zemax版本为2005）图中所选为感兴趣的LD快轴准直透镜，设计步骤：先是用倒描光路方法进行初级像差设计和 zemax序列模式建模及优化，然后是zemax非序列模式应用举例。1，已知参数:平凸柱面镜：非球面面型Wave=808nm?NA=0.5, EFL=0.9mm, BFL=0.09mm, W=1.

2、5mm， H=1.5mm? N-LaF21, n=1.77584808nm? LD快轴发散角FWHM=35? HB/XB级别质量：准直光束 85%/90%能量角度 0 =+/-1mrad (+/-0.0573° ).2, 高斯光学计算:? LD 1/eA2 发散角=35 ° *0.85=29.75° =0束腰直，径 =2*0.808/(3.1416*0.52)=1um;视场角0.06 °典型大口径小视场光学系统，轴上球差是主要的像差.? 焦面弥散斑最大允许直径：3 = EFL*2 0 =1.8um系统-生能评估目标；? 凸面曲率半径 R仁(n-1)*EF

3、L=0.6983mm,厚度d=1.5 mm系统初始结构参数；? BFL=EFL-d/n=0.055.?NA=0.5, F#=1, h 1=0.45, u1=0.5,h2=h1-d*u1/n=0.45-1.5*0.5/1.77584=0.028,可见 h2 非常小.3, 初级像差设计+厚度d1.5 mm玻璃平板的组合;整体透镜可视为一凸平薄透镜? 如考虑到凸面面型为球面，透镜的球差系数 S=S1+S2S1=h1*P为平凸薄透镜球差系数,S2=-(门人2-1)/nA3*d*uM4为玻璃平板球差系数.透镜弯 曲 Q=-1,所以 P=1.21, S1=0.068, S2=-0.036, S=0.032

4、.如若用非球面来校正轴上球差，则可计算凸面的一阶非球面系数conic:co ni c=-eA2=S*R1A3/(1- n)*h1A4)=-0.3424?综上,可得到该快轴准直透镜的系统参数及初始结构参数：F#=1, Wave=808nm, FOV=0面 1: R0.698, d1.5, n1.77584, coni c=-0.3424面 2: RO, d0.0554, Zemax序列模式建模评估及优化? Zemax序列模式中输入以上数据，将第一面设成球面，计算初级球差系数为 0.31997, 与初级像差分析结果附和点列图RMS约27um.X Mill LMlkwuHl F5屯-if. I.BC

5、4JOIl u mi J J j*AiaNIH. DtLIMK4 g 斜:J 啊 jA, ur|99|' L»M bufiiltaHr :h4#? 将第一面conic设为-0.3424,计算初级球差系数为-0.000001.其点列图RMS约0.6um, 已经满足小于系统衍射限及焦面弥散斑最大允许直径的设计要求.? 将第一面R, conic设为变量，EFFL及6x6wavefront RMS设为评价函数进行优化。下图是优化的结果之一，初级球差系数为-0.000492.其点列图RMS约0.24um.负的初 级球差用以补偿高级球差，有兴趣的朋友可以自己分析琢磨.可以看出，就设计该LD-FAC而言，Zemax这一典型现代光设软件优化结果与用传统 初级像差方法设计的初始结构之间的差别是很小的。5, Zemax非序列模式LD_FAC应用举例：典型 LD 参数：ARRAY 19X1 间隔 0.5mm, Wave=808nm, LD 快轴发散角 FWHM=35 , LD 慢轴发散角FWHM=11, 1百万条光线.FAC: biconic, Ry2=0.69815, d1.5, n1.77584, Ky2=-0.34757高 1.5,长 12, AR膜 1=0.98;准直