光學設計實例-雙膠合透鏡非球面單透鏡激光擴束鏡

1、1光學設計 光學設計實例 2優(yōu)化實例（優(yōu)化實例（2 2）3總 不等于零，不能校正場曲；在玻璃組合合適時，可校正色差。n取f=100, D/f=1:5, 2 =3，平行光入射;n取各種玻璃組合（可以查“光學設計手冊”）如： BK7/SF2, SF5, SF1, SF10, SF4n都可以用程序得到對 0視場校正良好的結果（取波長為F，d，C），但3視場一般有較大彗差，不能校正。將光闌位置作為變量時，一般仍然如此。（初始半徑可?。?0，-60，）。n將Merit Function 中視場0的Operand完全除去，即僅考慮3視場的像差，可以得到校正子午彗差的解（理論上看3視場的像質(zhì)與球差、彗差都有

2、關，而0僅與球差有關，原則上可以隨3視場的校正而同時校正），此時再回復原來二個視場的Merit Function，此解所保持最優(yōu)，如所附。n這里玻璃組合為BK7/SF5(K9/ZF2)，本可取Glass,Model,Vary ，將玻璃作為變數(shù)優(yōu)化，但得不到真正好的解，不如一一改玻璃，反而容易得到優(yōu)化的解。 p 雙膠合物鏡3優(yōu)化實例（優(yōu)化實例（2 2）-優(yōu)化結果優(yōu)化結果4l利用非球面可以準確校正球差，透鏡彎曲可校正彗差， 形成大孔徑小視場光學系統(tǒng)。l簡單采用Default merit Function做優(yōu)化，一般得不到結果，為此先通過Analysis-Aberration coefficient

3、s-Seidel coefficients, 即初級像差計算得到適當?shù)男Ｕ齋2的半徑初值為出發(fā)點，另外Merit Function 中取帶（Ring)改為15-20，自動優(yōu)化可以得到好的結果（文件Asph6）。l實際上，非球面高次項并非必須，如文件Asph3，只取6次項和8次項，殘余像差也小些，這個結果是采用下列逐步接近的過程作出，校正S1，S2決定半徑和Conic系數(shù)，仍用Default merit function (Ring=3)但將孔徑取很小值； 半徑和Conic系數(shù)固定不變，孔徑增大，用6次方系數(shù)校正； 孔徑增至1：1，優(yōu)化6次、8次系數(shù)，所得結果存在高級彗差，再改初值（半徑和Con

4、ic）產(chǎn)生反向初級彗差與之平衡，再重復上述過程。p 非球面單透鏡：f=60，D/f=1:1, 2 =1優(yōu)化實例（優(yōu)化實例（3 3）5優(yōu)化實例（優(yōu)化實例（3 3） ：優(yōu)化結果優(yōu)化結果6優(yōu)化實例（優(yōu)化實例（3 3）7優(yōu)化實例（優(yōu)化實例（3 3）8優(yōu)化實例（優(yōu)化實例（3 3）9 光學設計軟件ZEMAX簡介 優(yōu)化實例1-單透鏡2-雙膠合透鏡3-非球面單透鏡4-激光擴束鏡5-顯微鏡物鏡6-雙高斯照相物鏡 公差計算主要內(nèi)容10實例實例4 4 激光擴束鏡的設計激光擴束鏡的設計u目的 工作波長與檢驗波長不同時，如何設計補償光路以完成系統(tǒng)檢驗。u 方法1）消色差設計：使光學系統(tǒng)在工作波長與檢驗波長下的位置重合

5、優(yōu)點：最佳選擇，但有時不一定能設計出來，或使系統(tǒng)復雜化。2）加平行平板：在工作波長下完成設計后，在兩個鏡組之間加入一塊適當厚度的平板，使其在檢驗波長下的像質(zhì)優(yōu)于衍射極限。 優(yōu)點：結構簡單，易操作。 因為平板可以放在任何地方，檢驗光路的像質(zhì)與平板距前后鏡組的距離無關。3）加補償透鏡：在工作波長下完成設計后，在準直（大口徑）鏡組外側(cè)加入一塊適當結構的透鏡，使其在檢驗波長下的像質(zhì)優(yōu)于衍射極限。 不足：透補償鏡與準直鏡組的距離、同心度會影響檢驗光路的像質(zhì)。4）檢驗合格后，拿掉補償鏡即達到在工作波長滿足要求的光學系統(tǒng)。11實例實例4 4 激光擴束鏡的設計激光擴束鏡的設計u設計要求擴束倍率：60入射口徑：0.5-1mm出射口徑：30-60mm工作波長：1053nm檢驗波長：632.8nm像質(zhì)要求：波像差/8(=1053nm) u結構型式 由聚焦鏡組+準直鏡組構成 重點校正準直鏡組的像差，因為其口徑大 主要是球差與小視場彗差 準直鏡組為雙分離結構12實例實例4 4 激光擴束鏡的設計激光擴束鏡的設計u 消色差設計結果 工作波長1053nm下的像質(zhì) 13實例實例4 4 激光擴束