光学设计实例-双胶合透镜、非球面单透镜、激光扩束镜

1、1光学设计 光学设计实例 2优化实例（优化实例（2 2）3总 不等于零，不能校正场曲；在玻璃组合合适时，可校正色差。n取f=100, D/f=1:5, 2 =3，平行光入射;n取各种玻璃组合（可以查“光学设计手册”）如： BK7/SF2, SF5, SF1, SF10, SF4n都可以用程序得到对 0视场校正良好的结果（取波长为F，d，C），但3视场一般有较大彗差，不能校正。将光阑位置作为变量时，一般仍然如此。（初始半径可取（60，-60，）。n将Merit Function 中视场0的Operand完全除去，即仅考虑3视场的像差，可以得到校正子午彗差的解（理论上看3视场的像质与球差、彗差都有

2、关，而0仅与球差有关，原则上可以随3视场的校正而同时校正），此时再回复原来二个视场的Merit Function，此解所保持最优，如所附。n这里玻璃组合为BK7/SF5(K9/ZF2)，本可取Glass,Model,Vary ，将玻璃作为变数优化，但得不到真正好的解，不如一一改玻璃，反而容易得到优化的解。 p 双胶合物镜3优化实例（优化实例（2 2）-优化结果优化结果4l利用非球面可以准确校正球差，透镜弯曲可校正彗差， 形成大孔径小视场光学系统。l简单采用Default merit Function做优化，一般得不到结果，为此先通过Analysis-Aberration coefficient

3、s-Seidel coefficients, 即初级像差计算得到适当的校正S2的半径初值为出发点，另外Merit Function 中取带（Ring)改为15-20，自动优化可以得到好的结果（文件Asph6）。l实际上，非球面高次项并非必须，如文件Asph3，只取6次项和8次项，残余像差也小些，这个结果是采用下列逐步接近的过程作出，校正S1，S2决定半径和Conic系数，仍用Default merit function (Ring=3)但将孔径取很小值； 半径和Conic系数固定不变，孔径增大，用6次方系数校正； 孔径增至1：1，优化6次、8次系数，所得结果存在高级彗差，再改初值（半径和Con

4、ic）产生反向初级彗差与之平衡，再重复上述过程。p 非球面单透镜：f=60，D/f=1:1, 2 =1优化实例（优化实例（3 3）5优化实例（优化实例（3 3） ：优化结果优化结果6优化实例（优化实例（3 3）7优化实例（优化实例（3 3）8优化实例（优化实例（3 3）9 光学设计软件ZEMAX简介 优化实例1-单透镜2-双胶合透镜3-非球面单透镜4-激光扩束镜5-显微镜物镜6-双高斯照相物镜 公差计算主要内容10实例实例4 4 激光扩束镜的设计激光扩束镜的设计u目的 工作波长与检验波长不同时，如何设计补偿光路以完成系统检验。u 方法1）消色差设计：使光学系统在工作波长与检验波长下的位置重合

5、优点：最佳选择，但有时不一定能设计出来，或使系统复杂化。2）加平行平板：在工作波长下完成设计后，在两个镜组之间加入一块适当厚度的平板，使其在检验波长下的像质优于衍射极限。 优点：结构简单，易操作。 因为平板可以放在任何地方，检验光路的像质与平板距前后镜组的距离无关。3）加补偿透镜：在工作波长下完成设计后，在准直（大口径）镜组外侧加入一块适当结构的透镜，使其在检验波长下的像质优于衍射极限。 不足：透补偿镜与准直镜组的距离、同心度会影响检验光路的像质。4）检验合格后，拿掉补偿镜即达到在工作波长满足要求的光学系统。11实例实例4 4 激光扩束镜的设计激光扩束镜的设计u设计要求扩束倍率：60入射口径：0.5-1mm出射口径：30-60mm工作波长：1053nm检验波长：632.8nm像质要求：波像差/8(=1053nm) u结构型式 由聚焦镜组+准直镜组构成 重点校正准直镜组的像差，因为其口径大 主要是球差与小视场彗差 准直镜组为双分离结构12实例实例4 4 激光扩束镜的设计激光扩束镜的设计u 消色差设计结果 工作波长1053nm下的像质 13实例实例4 4 激光扩束