光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案zemax初級(jí)教程

PAGE1-光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Zemax初學(xué)手冊(cè)）內(nèi)容綱目：HYＰＥRLINK＂hｔｔp://ｓｐｒｉte.pｈys．nｃｋｕ。eｄｕ．ｔw/ｏｌd/Ｎotｅs/Zemax／Ｚemax－ａｌl．htmｌ"\l＂ch０"前言HＹＰＥＲLＩNK＂htｔp：//ｓprｉｔｅ．ｐhｙｓ．nckｕ.eｄｕ。tw／old/Notｅs/Zｅｍaｘ/Zeｍａx－aｌl．ｈtmｌ＂\l”cｈ01”習(xí)作一：單鏡片(Singlｅt）HYPERＬIＮＫ"http:／/spritｅ．phys.nｃku.ｅdu．ｔｗ/old/Noteｓ/Zｅmａｘ／Zemax—all．htmｌ”習(xí)作二：雙鏡片HＹPEＲLINK”hｔｔp：//sｐriｔｅ。phｙs．nckｕ.ｅｄu.ｔｗ/old/Ｎotes/Zｅｍax/Zｅmａx—aｌl.hｔml”＼ｌ＂cｈ０3＂習(xí)作三：牛頓望遠(yuǎn)鏡ＨＹＰEＲLＩNK"htｔp:／/spｒite.phys。ncｋu．edｕ。tw/old/Notｅs／Zemax/Zｅmaｘ—all．hｔml＂\l”ch0４”習(xí)作四:Sｃhmidt—Cassegrａin和asｐhｅｒiｃｃoｒｒectoｒHYPERLINＫ"ｈｔtp:／/ｓpriｔｅ。phｙｓ.nｃ.tw/old/Notｅs／Zeｍａx／Zeｍａx—all．ｈｔml”\l＂ｃh05＂習(xí)作五：ｍulｔi－cｏnｆiｇurａｔioｎlａserbeamexpanｄerＨＹＰEＲLINＫ＂httｐ：／／ｓpｒite．ｐhys.ncｋu．eｄu。tｗ／ｏlｄ/Ｎotes/Zeｍax/Zｅmax—all.hｔmｌ”\l”cｈ06＂習(xí)作六：foldmirrorｓ和coordｉｎatｅbreaｋsHＹPERLＩNK＂ｈtｔｐ：／／sｐｒiｔe.phys.nｃkｕ．ｅｄu.tｗ/ｏｌd/Nｏtes/Zemax/Zemaｘ—ａｌl。htｍl＂\l＂ch０7"習(xí)作七:使用EｘtraDateEｄｉｔor,ＯｐtｉmｉzatioｎwithBinaｒySｕrfacｅs前言整個(gè)中華衛(wèi)星二號(hào)「紅色精靈」科學(xué)酬載計(jì)劃，其量測(cè)儀器基本上是個(gè)光學(xué)儀器。所以光學(xué)系統(tǒng)的分析乃至于設(shè)計(jì)與測(cè)試是整個(gè)酬載發(fā)展重要一環(huán)。這份初學(xué)手冊(cè)提供初學(xué)者使用軟件作光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)練習(xí)，整個(gè)需要Zｅmax光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件。它基本上是Zemax使用手冊(cè)中ｔｕtorial的中文翻譯，由蔡長青同學(xué)完成，并在ＺemaｘE.E．7。０上測(cè)試過。由于蔡長青同學(xué)不在參與「紅色精靈」計(jì)劃，所以改由黃曉龍同學(xué)接手進(jìn)行校稿與獨(dú)立檢驗(yàn),整個(gè)內(nèi)容已在ＺeｍａxE.E．８．0版上測(cè)試過.我們希望藉此初學(xué)手冊(cè)（共有七個(gè)習(xí)作）與后續(xù)更多的習(xí)作與文件,使團(tuán)隊(duì)成員對(duì)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有進(jìn)一步的掌握。（陳志隆注）HＹＰＥRLIＮＫ”hｔtｐ：／／sprite．pｈys．ｎcｋ。tw／old/Ｎoｔｅs/Zeｍax/Ｚｅmａx—all．htｍl”\l"tｏpic”（回內(nèi)容綱目）習(xí)作一：單鏡片（Singlｅｔ)你將學(xué)到:啟用Ｚemａx，如何鍵入wａvelenｇth，leｎsｄａt(yī)ａ，產(chǎn)生rayｆaｎ,OＰD,sｐｏtｄiａgｒaｍｓ，定義ｔhiｃknesssolｖe以及vaｒｉablｅｓ，執(zhí)行簡單光學(xué)設(shè)計(jì)最佳化。設(shè)想你要設(shè)計(jì)一個(gè)F／４單鏡片在光軸上使用，其focallｅngth為100mm,在可見光譜下,用BＫ7鏡片來作。首先叫出ZEMＡＸ的ｌensdaｔａeditor（LＤE)，什么是LDE呢？它是你要的工作場(chǎng)所,譬如你決定要用何種鏡片,幾個(gè)鏡片，鏡片的radiｕs，tｈicknesｓ，大小，位置……等。然后選取你要的光,在主選單system下，圈出ｗａvelenｇtｈs,依喜好鍵入你要的波長,同時(shí)可選用不同的波長等.現(xiàn)在在第一列鍵入0。4８６,以micrｏnｓ為單位,此為氫原子的F—line光譜。在第二、三列鍵入0。587及０.6５6，然后在pｒimaｒywaveｌｅnｇｔh上點(diǎn)在0.４86的位置,primａrywaｖeleｎgth主要是用來計(jì)算光學(xué)系統(tǒng)在近軸光學(xué)近似(pａraｘｉａloptｉｃｓ，即fｉrｓｔ-oｒderｏｐtｉcs）下的幾個(gè)主要參數(shù),如foｃaｌleｎｇth，ｍagnifｉcaｔion，ｐｕpｉlｓiｚes等.再來我們要決定透鏡的孔徑有多大。既然指定要F/４的透鏡，所謂的Ｆ/＃是什么呢？F/＃就是光由無限遠(yuǎn)入射所形成的eｆfｅｃｔｉvefocalｌｅnｇｔhF跟paraｘialentrａnceｐupｉl的直徑的比值。所以現(xiàn)在我們需要的apertｕｒe就是10０／4=2５(mm）。于是從syｓtemmeｎu上選generａlｄatａ，在aｐervalue上鍵入2５，而apeｒtｕrｅｔｙpe被defaulｔ為EntrａnｃePuｐildｉａｍeter。也就是說,ｅｎｔrancepuｐｉl的大小就是ａperｔure的大小.回到LDE,可以看到３個(gè)不同的surface，依序?yàn)镺BJ,ＳTO及ＩＭＡ。OＢJ就是發(fā)光物，即光源，ＳＴO(shè)即ａｐｅｒｔuｒｅstｏp的意思,STＯ不一定就是光照過來所遇到的第一個(gè)透鏡，你在設(shè)計(jì)一組光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，ＳTO可選在任一透鏡上,通常第一面鏡就是ＳＴO(shè)，若不是如此，則可在STO這一欄上按鼠標(biāo)，可前后加入你要的鏡片,于是STＯ就不是落在第一個(gè)透鏡上了.而IMＡ就是iｍagｉnepｌane,即成像平面?；氐轿覀兊模螅閚gｌeｔ,我們需要4個(gè)面(sｕｒｆaｃe),于是在STO欄上，選取iｎｓｅrｔcｉfｔer，就在SＴO(shè)后面再插入一個(gè)鏡片，編號(hào)為2，通常OBJ為０,SＴO(shè)為1,而ＩＭＡ為3。再來如何輸入鏡片的材質(zhì)為ＢK７.在STＯ列中的ｇｌass欄上，直接打上BK7即可.又孔徑的大小為２５mm,則第一面鏡合理的thｉcknｅｓs為4，也是直接鍵入。再來決定第１及第2面鏡的曲率半徑，在此分別選為１00及-１０0,凡是圓心在鏡面之右邊為正值，反之為負(fù)值。而再令第2面鏡的thiｃkｎess為100?，F(xiàn)在你的輸入數(shù)據(jù)已大致完畢.你怎么檢驗(yàn)?zāi)愕脑O(shè)計(jì)是否達(dá)到要求呢？選aｎalysiｓ中的fans，其中的RaｙAbeｒratｉｏn，將會(huì)把ｔransverｓe的ｒayabｅｒratiｏn對(duì)pupilcｏordｉnatｅ作圖。其中rayａｂerｒaｔｉon是以ｃhieｆrａｙ為參考點(diǎn)計(jì)算的.縱軸為ＥY的，即是在Ｙ方個(gè)的abｅrraｔｉｏｎ，稱作ｔａｎgｅnｔial或者ＹＺplａne.同理Ｘ方向的abeｒｒａｔiｏｎ稱為ＸZplａｎｅ或sagittal.Ｚeｍａx主要的目的,就是幫我們矯正dｅfoｃus,用soｌves就可以解決這些問題。sｏｌveｓ是一些函數(shù)，它的輸入變量為cｕｒvaｔurｅｓ，ｔhｉcknｅss，glasseｓ，sｅmi—dｉａmｅｔｅrs，cｏniｃs，以及相關(guān)的ｐarameｔers等.ｐaｒameｔｅrs是用來描述或補(bǔ)足輸入變量soｌｖes的型式.如ｃurvatｕre的型式有ｃｈiｅｆrａyanｇｌe，picｋｕｐ，Marginalｒａyｎormal,chｉｅfraｙnoｒｍａｌ，Aplanaｔiｃ，Eｌeｍentpｏwer，ｃoncｅｎｔｒｉｃwithsurfaｃe等。而描述ｃhｉefrayanｇleｓoｌｖes的pａrameteｒ即為ａｎgle，而補(bǔ)足piｃkupsolｖes的parameters為sｕrfaｃe，scａlefactoｒ兩項(xiàng),所以paｒamｅteｒs本身不是solvｅｓ，要調(diào)整的變量才是soｌvｅｓ的對(duì)象.在sｕrfacｅ2欄中的tｈicｋnesｓ項(xiàng)上點(diǎn)兩下,把ｓolvetype從ｆiｘed變成ＭargｉnalRayheiｇht，然后ＯＫ.這項(xiàng)調(diào)整會(huì)把在透鏡邊緣的光在光軸上的heｉght為０,即ｐaraxｉalfｏｃｕｓ。再次updaterayfan,你可發(fā)現(xiàn)deｆocｕs已經(jīng)不見了。但這是最佳化設(shè)計(jì)嗎？再次調(diào)整ｓｕrｆaｃｅ１的ｒaｄiuｓ項(xiàng)從ｆｉｘed變成vａriaｂlｅ,依次把ｓuｒface2的ｒaｄiｕs,及放棄原先的sｕrｆaｃｅ2中ｔhｉｃkneｓs的ＭarginalRayhｅight也變成ｖａriaｂｌe.再來我們定義一個(gè)Mｅrｉtｆunctioｎ,什么是Ｍeriｔｆuｎｃｔioｎ呢？Mｅritfuｎctiｏn就是把你理想的光學(xué)要求規(guī)格定為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（如此例中ｆoｃａlleｎgｔｈ為1０0mm)，然后Zｅmax會(huì)連續(xù)調(diào)整你輸入solves中的各種variabｌe，把計(jì)算得的值與你訂的標(biāo)準(zhǔn)相減就是Meriｔｆuｎction值,所以Ｍｅritｆunctｉon值愈小愈好,挑出最小值時(shí)即完成vａriaｂｌe設(shè)定，理想的Meritｆuncｔion值為0.現(xiàn)在談?wù)勅绾卧O(shè)Ｍeｒitfunｃtion，Ｚｅｍａｘ已經(jīng)deｆauｌt一個(gè)內(nèi)建的mｅritfｕnctiｏn,它的功能是把RMＳｗavefｒontｅrｒor減至最低,所以先在eｄitoｒｓ中選Mｅｒitfｕｎction，進(jìn)入其中的Tｏｏls,再按DeｆaulｔＭeritFｕncｔiｏｎ鍵,再按ｏｋ,即我們選用defaｕlｔＭｅrｉtfuｎctｉon,這還不夠，我們還要規(guī)定給meritfunｃtiｏn一個(gè)focalleｎgtｈ為１00的限制，因?yàn)槿舨唤o此限制則Zemａx會(huì)發(fā)現(xiàn)foｃａｌｌｅngｔｈ為時(shí),wａｖefｒｏｎtaｂerration的效果會(huì)最好,當(dāng)然就違反我們的設(shè)計(jì)要求。所以在Meritfunctiｏnｅｄｉｔoｒ第１列中往后插入一列，即顯示出第2列，代表ｓｕｒｆacｅ2，在此列中的ｔｙpe項(xiàng)上鍵入EFＦL（ｅfｆｅcｔivｅfoｃａllength)，同列中的ｔａｒget項(xiàng)鍵入100,wｅｉght項(xiàng)中定為１。跳出Mｅritｆuｎｃｔｉoneｄｉtor，在Toｏls中選ｏｐtiｍｉzaｔｉon項(xiàng),按Auｔomatic鍵,完畢后跳出來，此時(shí)你已完成設(shè)計(jì)最佳化。重新檢驗(yàn)ｒaｙｆan,這時(shí)maｘiｍumaberration已降至200mｉｃroｎs。其它檢驗(yàn)ｏpticａlpｅｒfoｒｍanｃe還可以用SｐotＤｉagrａmｓ及ＯPＤ等。從Ａnalysｉｓ中選ｓｐoｔｄiａgｒａm中的sｔaｎdａrd，則該spot大約為400mｉｃrons上下左右交錯(cuò)，與Airyｄｉffractiondisk比較而言，后者大約為6ｍｉｃrｏns交錯(cuò)。而OPD為ｏpｔicａlpatｈdifｆerence（跟chiｅｆrａy作比較），亦從Anaｌysｉs中挑選，從Ｆａns中的ＯpticalPath，發(fā)現(xiàn)其中的ａberrａt(yī)ion大約為２0waves，大都fｏcuｓ，并且spheｒｉｃal,ｓpｈeｒochroｍaｔism及axiaｌcｏlor.Zemax另外提供一個(gè)決定firstｏrderｃhroｍａt(yī)icabbeｒａt(yī)ｉoｎ的工具,即tｈeｃhｒomａt(yī)ｉcｆocalsｈiftplot，這是把各種光波的ｂａcｋｆocａｌleｎgth跟在parａｘiaｌ上用ｐrｉmaryｗaveｌenｇth計(jì)算出firsｔorｄｅr的foｃallenｇth之間的差異對(duì)輸出光波的waｖｅlengｔh作圖，圖中可指出各光波在paｒaｘiａlｆoｃus上的vａriaｔion。從Aｎａlysis中Mｉscellanｅｏus項(xiàng)的Chｒomａt(yī)icFｏcalShift即可叫出。HYＰＥRLIＮK"http://ｓｐrｉｔe。phｙｓ。ncku．eｄu。tw／old／Ｎotｅｓ／Zeｍaｘ／Zemａx—all。hｔmｌ＂\l”ｔｏpic"(回內(nèi)容綱目）●習(xí)作二：雙鏡片你將學(xué)到:畫出ｌayｏｕts和fiｅldcurvaｔureploｔｓ，定義edｇeｔｈiｃkｎeｓssｏlvｅｓ，fieldaｎgleｓ等。一個(gè)雙鏡片是由兩片玻璃組成，通常黏在一起，所以他們有相同的cｕrｖatｕrｅ。借著不同玻璃的disｐersion性質(zhì)，ｔｈeｃhromaｔicaｂeｒratｉon可以矯正到ｆiｒstｏrｄeｒ所以剩下的ｃhrｏmaticaｂerrａt(yī)ｉon主要的貢獻(xiàn)為ｓｅcoｎｄordｅr，于是我們可以期待在看chrｏmａt(yī)ｉcfocａlｓｈiｆtplot圖時(shí),應(yīng)該呈現(xiàn)出pａraｂolｉｃcｕrve的曲線而非一條直線，此乃secondordereffect的結(jié)果(當(dāng)然其中ｖａriａt(yī)ioｎ的scale跟ｆirstｏrdeｒ比起來必然小很多，應(yīng)該下降一個(gè)orｄer)。跟習(xí)作一一樣,我們?nèi)匀灰O(shè)計(jì)一個(gè)在光軸上成像,fｏcalｌenｇth為10０ｍｍ的光學(xué)系統(tǒng),只不過這次我們用兩塊玻璃來設(shè)計(jì)。選用BＫ７和ＳF１兩種鏡片，waveｌｅｎｇth和aｐerture如同習(xí)作一所設(shè)，既然是doubｌｅt，你只要在習(xí)作一的LDE上再加入一面鏡片即可.所以叫出習(xí)作一的LDE，在STＯ后再插入一個(gè)鏡片，標(biāo)示為２,或者你也可以在STO前在插入一面鏡片標(biāo)示為1，然后在該鏡片上的ｓuｒfａcｅｔypｅ上用鼠標(biāo)按一下,然后選擇ＭakeSｕrfaceＳtｏｐ,則此地一面鏡就變成STO的位置.在第一、第二面鏡片上的Glａsｓ項(xiàng)目鍵入ＢK7即ＳＦ1，因?yàn)樵贐K7和SF1之間并沒有空隙，所以此ｄｏｕblet為相黏的二鏡片，如果有空隙則需5面鏡因?yàn)樵冢翶7和SF1間需插入另一鏡片,其ｇｌasstype為ａｉr?，F(xiàn)在把SＴO(shè)旱地二面鏡的thicｋneｓs都fiｘed為３,僅第3面鏡的thicknesｓ為１00且設(shè)為ｖariａblｅ,既然要最佳化,還是要設(shè)meｒｉtfunｃｔioｎ,注意此時(shí)EFＦL需設(shè)在第三面鏡上，因?yàn)榈冢趁骁R是光線在成像前穿過的最后一面鏡，又EFFL是以光學(xué)系統(tǒng)上的最后一塊鏡片上的priｎciplｅｐlａne的位置起算。其它的meｒｉｔｆｕnｃtion設(shè)定就一切照舊。既然我們只是依習(xí)作一上的設(shè)計(jì)規(guī)范，只不過再加一面SF1鏡片而已，所以其它的meriｔfｕnctioｎ設(shè)定就一切照舊?，F(xiàn)在執(zhí)行opｔimizａｔion,程序如同習(xí)作一,在oｐｔimizaｔｉoｎ結(jié)束后，你再叫出ChrｏｍatｉcＦoｃａｌShifｔ來看看，是否發(fā)現(xiàn)firｓｔordｅｒ的cｈromａt(yī)ｉcaｂerrａt(yī)iｏｎ已經(jīng)被ｒeｄuceｄ,剩下的是ｓecondoｒdercｈromaticaberｒation在主宰，所以圖形呈現(xiàn)出來的是一個(gè)pａｒaboｌｉccｕrve,而且現(xiàn)在ｓhift的大小為74ｍicrｏｎｓ，先前習(xí)作一為１５4０ｍiｃrｏns。再看其它的ｐeｒfｏrmance效果,叫出Rayａberｒａｔｉon，此時(shí)maｘimumtransverseraｙaｂｅｒraｔiｏn已由習(xí)作一的2０0ｍiｃrons降至20ｍicｒoｎs.而且3個(gè)不同波長通過原點(diǎn)的斜率大約一致,這告訴我們對(duì)每個(gè)ｗaｖｅlengtｈ的reｌatｉvedefoｃｕｓ為很小。再者,此斜率不為0(比較習(xí)作一FｉgE１－2)，這告訴我們什么訊息呢?如果斜率為０,則在puｐｉlｃｏｏrdｉnatｅ原點(diǎn)附近作一些變動(dòng)則并不產(chǎn)生ａbｅrration代表dｅfocｕｓ并不嚴(yán)重，而aｂｅrrａt(yī)ｉｏn產(chǎn)生的主要因素為sphericaｌaberｒatiｏn。故相對(duì)于習(xí)作一（比較他們坐標(biāo)的scaｌe及通過原點(diǎn)的斜率）,現(xiàn)在ｓpｈeｒiｃalaｂｅrｒation已較不嚴(yán)重（因?yàn)閍berraｔｉonｓｃａｌe已降很多），而允許一點(diǎn)點(diǎn)的dｅfｏｃｕｓ出現(xiàn)，而出現(xiàn)在ｒａyfanｃuｒvｅ的S形狀，是典型的ｓｐherｉcaｌbaｌａｎcｅdbydefocuｓ的情況?，F(xiàn)在我們已確定得到較好的pｅrforｍａｎce,但實(shí)際上的光學(xué)系統(tǒng)長的什么樣子呢？選擇Aｎaｌysiｓ，Layoｕt，２DLａｙoｕt，除了光學(xué)系統(tǒng)的擺設(shè)外，你還會(huì)看到３條分別通過eｎtｒancｅpuｐｉl的ｔop,cenｔｅｒ，botｔoｍ在空間被tｒaｃe出來,他們的波長是一樣的,就是你定的primaｒywａvｅleｎgth（在此為ｓｕｒfａｃe１）。這是Zemaxdeｆaｕｌｔ的結(jié)果.但是現(xiàn)在還有一個(gè)問題，我們憑直覺定出SＴO(shè)的ｔhickness為3,但是真正在作鏡片的時(shí)候,STO和ｓｕｒｆaｃe2鏡面會(huì)不會(huì)互相交錯(cuò)穿出，即在edｇｅ的ｔhiｃｋｎess值為正數(shù)或負(fù)數(shù)，還有是不是應(yīng)該改一下設(shè)計(jì)使lｅns的aｐeratuｒe比diameteｒ小，如此我們可預(yù)留些邊緣空間來磨光或架鏡.于是我們可能更改的是ｄｉameｔｅr，ＳTＯ的thｉcknｅss來解決上述問題.先在STO的dｉameter上鍵入１4來蓋過12.5，此時(shí)會(huì)有一個(gè)"U”字出現(xiàn)代表userｄefiｎe，現(xiàn)在設(shè)想我們要ｅｄgethicｋｎesｓ固定為3mｍ，可是你或許會(huì)問這樣系統(tǒng)豈不是弄亂了嗎？deｆocus又會(huì)出現(xiàn),關(guān)鍵是再一次執(zhí)行optimiｚatiｏn即可。在STO的thickness上按一下，選擇EdgeTｈｉｃｋnesｓ項(xiàng)目,則會(huì)出現(xiàn)"Thｉcｋness”及”RａdiａlＨｅighｔ”兩項(xiàng),設(shè)ｔhｉｃkｎess為３及raｄialheｉｇht為0（若radｉalｈeｉght為0,則Zemａx就使定ｕｓｅrdｅfinｅ的semi-ｔｈｉcｋｎｅss)按OＫ跳出，你會(huì)發(fā)現(xiàn)ＳTO的ｔhickneｓｓ已改變，且會(huì)出現(xiàn)一個(gè)”E”字代表aｎacｔiｖｅtｈickｎeｓsｓolvｅ在該項(xiàng)的parａmetｅｒ上.既然ｅｄgｅthiｃkness已改變，所以fｏcaｌlｅngth也一定有些許變動(dòng)，為了維持原有的EＦＦL，現(xiàn)在再執(zhí)行optｉmizaｔiｏn一次即可?，F(xiàn)在我們想看看oｆｆ—ａｘis的ｐeｒｆorｍance，從ｓystem的Ｆields中的FieldＤａt(yī)a，選用3個(gè)ｆield來作比較，怎么選呢?在第2及第3個(gè)列中的”Usｅ”項(xiàng)中各按一下，在第2列的ｙｆiｅld行中鍵入７（即7degree），在第３列中鍵入１0，第一列則讓它為0即持續(xù)oｎ－axis.而設(shè)所有的xfielｄ皆為0,對(duì)一個(gè)rｏｔational對(duì)稱的系統(tǒng)而言,他們的值很小，按ＯK鍵跳出?，F(xiàn)在Ｕpdａt(yī)eｒａyfａn，你可看到如ＦｉｇｕreE2－4之圖.圖中T代表tａngential，S為ｓagiｔｔaｌ，結(jié)果顯示ofｆ－ａxis的pｅrｆｏrmａnce很差,這是因?yàn)橐婚_始我們就設(shè)計(jì)系統(tǒng)在ｏn-axis上來作opｔiｍｉzatioｎ，這些abｅrrａｔioｎ可以用fieldcuｒvaｔｕｒeｐlｏt來估計(jì)，選Ａｎaｌysis中,Miscellａnｅouｓ的FiｅｌdCurｖ/Ｄｉst。則出現(xiàn)如ＦigｕｒeE2-5的圖,左圖表示shiｆtiｎpａraｘｉalｆocｕs為fｉｅldangle的函數(shù),而右圖為realｒay的dｉｓｔorｔｉｏn，以pａraｘｉalray為參考rａy.在fｉeldｃurvatｕrｅplot的訊息也可從ｒayfａns中得知，為fieldcurvaｔurｅpｌoｔ是正比于在ｒａyｆanpｌot中通過原點(diǎn)的斜率.ＨYPEＲLＩＮK”hｔtp://sprite．ｐhｙs．ncｋu.ｅｄu。tw／ｏｌd／Notｅs/Ｚemaｘ／Zemaｘ－aｌｌ.ｈｔｍl"\ｌ"toｐiｃ＂（回內(nèi)容綱目）●習(xí)作三:牛頓望遠(yuǎn)鏡你將學(xué)到：使用mirroｒｓ,ｃonicconｓtaｎtｓ,coｏrdｉnａt(yī)eｂreaks，threedimenｓｉｏnallaｙoｕｔｓ，obsｃｕratiｏｎｓ。牛頓望遠(yuǎn)鏡是最簡單的矯正所有on-aｘisａbeｒraｔions的望眼鏡。牛頓望遠(yuǎn)鏡是利用一個(gè)簡單的pａrａｂolｉｃｍiｒror完美地矯正所有ｏrdｅr的sphericａｌaｂeｒratioｎ，因?yàn)槲覀冎辉趏ｐｔicalａxis上使用，除spｈeｒｉｃａlabｅrraｔion外并沒有其它的ａｂｅrration。假想要設(shè)計(jì)一個(gè)１００0mmF/5的望遠(yuǎn)鏡，我們需要一個(gè)具有2000mm的ｃurvaｔｕre及20０mm的aperｔure。在ｓｕｒｆaｃe1即SＴO(shè)上的curvａt(yī)ure項(xiàng)中鍵入—２0０0mm,負(fù)號(hào)表示對(duì)ｏbｊｅcｔ而言，其曲面為ｃoncave,即曲面對(duì)發(fā)光源而言是內(nèi)彎的。在ｔhiｃknesｓ項(xiàng)中鍵入－１０00,負(fù)路表示光線沒有透過ｍiｒror而是反射回來,在Glaｓｓ項(xiàng)中鍵入ＭIＲROＲ，最后在System的Genｅraｌ項(xiàng)中的apeｒｔurｅ中鍵入200.Wavｅｌeｎgtｈ選用０．5５０，ｆiｅｌｄａngｅl則為０.現(xiàn)在看看spｏｔdｉagraｍ，你會(huì)看到一個(gè)7７。６ｍｉcronsRＭＳ的spotdiａgraｍ,而一個(gè)很方便估算iｍagｅqualｉtｙ的方法就是在spoｔdiagｒam的頂端上再ｓuｐeｒｉｍｐose一個(gè)Ａirydiｆｆｒａctioｎring。從ｓｐｏtｄiaｇｒａｍ的ｍenｕbar選擇Ｓettinｇ,在ＳｈowScale上選”ＡｉryDｉsk"，結(jié)果如圖FiguｒeE3-1所示,你會(huì)發(fā)現(xiàn)和選”ｓcａleｂａｒ”的結(jié)果是一樣的。圖中所列的ＲMＳsｐｏtsize選”ＡｉryDiｓｋ”為7７。6micｒｏns.光線并沒有ｄｉｆｆraction－lｉｍｉｔed的原因是因?yàn)槲覀冞€沒有設(shè)定coｎｉｃcｏｎstant.先前我們?cè)O(shè)定的cｕｒvature的值為—２0００只是定義一個(gè)球面，若要定義一個(gè)拋物面鏡,則在SＴO(shè)的Coｎｉc項(xiàng)中尚需鍵入-１,接下來Ｕpdaｔespotdiａｇｒａm，你會(huì)看到”Aｉryring”為一個(gè)黑圈，而光線則聚集在圈內(nèi)中心上，ＲMS值為0?？上У氖?成像的位置很不好,所謂的不好是它位于在入射光的路徑上，若你要看這個(gè)像的話，你的觀看位置剛好擋住入射光.改善的方法是在反射鏡的后面再放一個(gè)折鏡，ｆｏｌdmirror(后面是相對(duì)于成像點(diǎn)而言）.這個(gè)ｆoｌdmiｒror相對(duì)于光軸的傾斜角度為４５,把像往上提離光軸。因?yàn)檫M(jìn)來的光束為200mｍ寬,因此成像平面至少在離光軸100ｍｍ的上方,如此”看”像的時(shí)候才不會(huì)擋住入射光。我們決定用2００mm，而ｆoldmirｒor離先前的反射鏡面為８00ｍm,因?yàn)?0０+800=１０００等于原先在SＴＯ上的ｔhickｎeｓｓ，即成像”距離"不變。操作如下，先把STO的thｉcｋness改為－800，然后在imagｉｎｅplaｎe前插入一個(gè)ｄummｙsurfacｅ，為何要插入dｕｍmysurface呢？又dumｍysuｒfａce是什么呢？dumｍysurface的目的只是在幫助我們把ｆolｄmｉｒrｏr的位置標(biāo)示出來，本身并不具真實(shí)的光學(xué)鏡片意義，也不參予光學(xué)系統(tǒng)的任何”反應(yīng)”，所以稱為dumｍｙｓurｆacｅ.怎么插入ｄuｍmysurface呢？先在imａgeplａｎe前面插入一個(gè)ｓuｒｆacｅ，這個(gè)suｒｆaｃe很快地就會(huì)被轉(zhuǎn)變成fｏlｄmｉrｒoｒ，但是你不要自己在surfacetｙpe處去改變它成為ｆoldｍirror，而是選Toｏls中的ＡddFｏldMirrｏr,并在其"ｆoldｓurfacｅ”處選"２”代表定義surfaｃe２為fｏldmｉrｒoｒ，完成后你將看到如ZemaxＰ。３1頁中LED的表?；蛟S你會(huì)問，表中surfａceｔｙpe處在ｓuｒface２及4中皆為ＣoordBｒeak,這又是什么？ｃoordiｎatｅｂrｅａksurｆace是在目前的系統(tǒng)內(nèi)定義一個(gè)新坐標(biāo)系統(tǒng)，它總是用dummyｓurｆace的觀念用來作rａytraｃｉng的目的。而在描述此新坐標(biāo)系統(tǒng)中,通常選用6個(gè)不同參數(shù),即x－dｅcｅnteｒ，ｙ－ｄeｎｃｅnｔｅr，tiｌｔｘ,tiｌｔy,tｉｌtz及一個(gè)flaｇ來指示tｉlｔing或deｃentｒatｉoｎ的oｒder。要注意的是，ｃoｏrｄinａｔebｒeak總是相對(duì)于”ｃｕrｒｅnｔ”而”ｇｌｏbal”的cｏorｄiｎａt(yī)esysｔem，即只是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，若要改變某樣對(duì)象的位置或方向,我們即利用coｏrｄｉnaｔeｂreak來作此對(duì)象的區(qū)域調(diào)整，而不用重新改變所有的系統(tǒng)各部份.Ｃｏordinatｅbｒｅak就像是一個(gè)平面指向調(diào)整后的局部系統(tǒng)的方位.然而ｃｏｏrｄiｎａt(yī)ebｒeaksurｆace絕不會(huì)顯示出來.而它的glａss項(xiàng)中顯示為”—“代表不能鍵入，而它的ｓｕｒfacｅtｙpｅ型式一定跟它前一面鏡的glａsstype一致?，F(xiàn)在我們來看看layout,不能選2D(2D只能看roｔaｔioｎａlsymmetrｉｃsｙstｅmｓ）,要用3D看，叫出lａｙｏuｔ后，按↑↓或paｇedoｗｎorup可以看三維效果,這個(gè)設(shè)計(jì)尚可再作改善,首先入射光打到ｆｏldmｉｒror背后的部份可以vｉgnetｔed,這在實(shí)際的系統(tǒng)中是一個(gè)很重要的思量。在SＴＯ的前面插入一個(gè)surfａcｅ,令這個(gè)surｆacｅ的ｔhickｎｅss為90０，在surｆaceｔype中的ApｅrｔuｒeTyｐe還為”CircuｌａrObscuｒaｔiｏn”,在MaxRadiuｓ鍵入４0,因?yàn)椋妫铮靌miｒｒor的ｓeｍi-ｄｉａmeteｒ?yàn)?1,如此才能遮蔽。Uｐｄatｅ3Ｄlayｏuｔ,如看不到像FigureＥ3—3的圖,則在3Dｌａyouｔ的seｔtｉnｇ項(xiàng)中改變theｆｉrstsｕrfａｃｅ和theｌaｓｔsurｆace分別為１及6即可.HＹＰＥＲＬＩＮK＂http：／／sprｉte．phys．ncｋ。tｗ/olｄ/Nｏｔes/Zｅmａx/Zeｍax－ａｌl．ｈtｍl”\l"toｐｉc"（回內(nèi)容綱目)●習(xí)作四：Schｍidt-Cａssegrａiｎ和asphｅriccorｒector你將學(xué)到:使用ｐoｌｙnoｍialaspheｒicｓurfaｃe,obscｕrations，apertｕres,solves，oｐtimｉzatiｏn,layoutｓ，ＭTFpｌotｓ．本習(xí)作是完成Schmidt—Caｓsegrain及polynomiａｌasphｅriccｏrreｃｔｏrplate。這個(gè)設(shè)計(jì)是要在可見光譜中使用。我們要一個(gè)10ｉｎcheｓ的ａｐertuｒe和1０ｉnches的baｃkfoｃｕs。開始設(shè)計(jì)之初，先把ｐｒimａrycｏrrectｏｒSystem,Geneｒal，在apeｒtuｒｅvalｕｅ中鍵入１０，同在一個(gè)scrｅｅn把uｎit"Mｉlｌｉmeteｒs”改為”Ｉｎｃｈes”。再來把Ｗaveｌeｎgｔｈ設(shè)為３個(gè),分別為０。486，０.58７,0.656，０。５８７定為ｐｒimａｒｙwaveｌeｎgｔh。你可以在ｗａｖeｌenｇtｈ的scｒeen中按底部的”selｅｃt”鍵，即可完成所有動(dòng)作。目前我們將使用ｄｅｆaｕlt的fieldａngｌevａｌue,其值為0。依序鍵入如ZemaｘP.３３頁的ｓtartiｎgpｒｅｓｃrｉptiｏｎfoｒsｃｈmidtcａssｅgrain的LDE表，此時(shí)ｔhｅｐｒｉmａrｙｃorｒｅctor為ＭIＲROＲ球鏡片。你可以叫出２Dlayoｕt，呈現(xiàn)出如ＦｉgｕｒeＥ4-1之圖。現(xiàn)在我們?cè)诩尤氲诙€(gè)cｏrrectoｒ，并且決定imagiｎｅplane的位置。鍵入如ZeｍａxＰ.33Ｉｎtermｅdiateｐrescrｉpｔionｆorｓchmideｃassｅgram的ＬDＥ，注意到pｒimａryｃｏｒreｃtｏr的ｔhiｃkｎｅss變?yōu)椋?，比原先的－3０小，這是因?yàn)橐牛骵cｏnｄcorrｅｃtｏr并考慮到其size大小的因素。在ｓuｒface4的radius設(shè)定為ｖariａbｌｅ，透過ｏptimizatioｎ，Zeｍax可以定下他的值。先看看他的lａｙout，應(yīng)如FiｇureE4-２所示.叫出mｅrｉｔfｕnctiｏn，reｓｅt后,改變"Ringｓ”ｏptｉon到5.Ｔhｅriｎgsoｐtioｎ決定光線的sampｌingdenｓｉｔｙ，defａuｌtｖａｌｕe為3,在此設(shè)計(jì)，我們要求他為5。執(zhí)行opｔiｍizａt(yī)iｏn,用Auｔoｍaｔic即可，你會(huì)發(fā)現(xiàn)mｅritｆuncｔｉon的值為1．3,不是很理想。這是reｓiduａlＲMSwaveｅrｒｏｒ所致。跳出ｍeｒiｔfuncｔion，從systｅｍ中選UpdateAll，則sｅcondarycorrecｔｏｒ的radｉｕs已變成41。83。從Analysis，ｆans,中選OｐｔicａｌPath,OPDplot如FｉgｕreE４－３所示，發(fā)現(xiàn)其為defｏcus且為ｓpｈeｒical，大概約有4個(gè)ｗaveaｂerraｔion需要矯正?，F(xiàn)在切入另一個(gè)主題,利用指定ｐolynomiaｌａspｈｅｒｉcｃoｆficieｎts來作ａspherｉcｃoｒｒｅcｔiｏｎ。改變ｓuｒface1的surfａｃetｙpｅ從ｓtanｄaｒd改為”EvｅnＡsphere”，按OＫ后跳出，回到sｕｒfaｃｅ１列中，往右移直到4thOrderTｅrm，把此項(xiàng)設(shè)為變數(shù)，依法炮制，６ｔｈ，8th，后再次執(zhí)行optｉmｉzatiｏｎ。把ＯPＤｐlｏtupdate,其圖應(yīng)如FｉgｕreE4－４所示,你會(huì)發(fā)現(xiàn)ｓpｈeｒiｃalaｂerｒａｔion已被大大地減少。小心一點(diǎn)的觀察,不同的三個(gè)波長其相對(duì)的ａbｅrｒatiｏn有不同的sphｅrｉcalamoｕｎｔ,這就是ｓpｈerｉchｒｏmaｔｉsm，是下一個(gè)要矯正的目標(biāo)。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得,我們要用aｘialcolor來矯正ｓpｈerｏchｒoｍaｔiｓm,何謂aｘialcolｏrbaｌaｎｃe呢?而實(shí)際上ｓpherｏchｒomａｔism是在fｉrｓtｏrｄｅraxialｃolor中被忽略的higheｒoｒｄer效應(yīng)。而現(xiàn)在firｓtorderaxｉalｃｏｌor并不存在，如果ｆirsｔorder存在的話，代表其效應(yīng)（首先axiａｌｃｏlｏr既是指軸而言，他即表示ｐaｒaｘiａl—optics，即不同coｌor在軸上的效應(yīng)，也就是firｓｔｏｒderoｐtiｃｓ）要遠(yuǎn)大于ｈigherｏrder，即ｈｉｇｈerorder的abｅｒｒatiｏn會(huì)被baｌaｎcｅ掉，即firｓtoｒder會(huì)搶ｈｉgherordeｒ的ａｂｅrｒaｔion,用fiｒsｔｏrderaｘｉalcｏｌor來消除ｈiｇｈerordｅr的sｐherochｒomatｉsｍ這是在光學(xué)設(shè)計(jì)上常用的手法.要怎么引進(jìn)ａxialcolor呢？我們改變ｓｕrｆaｃe1的cuｒｖａｔure來達(dá)到ａxｉａlcolor的效果。把曲面1的ｒadiｕs設(shè)為vａriable，執(zhí)行optimizaｔiｏｎ,再看看upｄaｔe后ＯPDpｌot圖，如圖E4-５所示，這就是我們所要設(shè)計(jì)的,殘余的像差，rｅsiｄｕaｌaｂeｒraｔion小于1/２0波長，這個(gè)良好結(jié)果,可以讓我們些微改變fieldangle，從ｓｙsteｍ，field中，把fielｄangle的值設(shè)為3個(gè),分別是０。０,0。3,０.５?，F(xiàn)在fieｌｄanｇｌe已改變，等于bounｄaｒycoｎｄｉｔｉon已改變，所以你需要復(fù)位你的mｅrｉtfｕnｃtion。把ｍeｒｉｔfｕｎｃtiｏn的”Ｒinｇｓ”改變?yōu)椤保础焙筇鰣?zhí)行ｏptｉmizａt(yī)ioｎ，則新的OPＤplot應(yīng)如圖E4-６所示,雖有不同的fiｅlｄａngｌe，但是所有的abｅrratｉons卻可以接受。說明此設(shè)計(jì)還不錯(cuò)。假想我們要用此望遠(yuǎn)鏡來照相，則這組望遠(yuǎn)鏡的鑒別轉(zhuǎn)換功效為何?什么是鑒別轉(zhuǎn)換功效（ＭoduｌationTranｓｆerFuｎcｔioｎ)呢?這就是說,若是發(fā)光物Object的鑒別率為M0,而經(jīng)過此望遠(yuǎn)鏡后所得到的鑒別率是Mi,則MTF=Mi/M０即MTF愈大,代表此望遠(yuǎn)鏡較不會(huì)降低原有的鑒別率，也就比較不會(huì)失真.而MTＦ的橫軸為ｓｐatiaｌｆrequeｎcyinｃｙclｅspeｒmiｌlｉmeter,ｓpａt(yī)ial為鑒別尺（bartargeｔ)明暗條紋中其分隔空間寬度之意，通常以ｍilliｍeter為單位，而fｒｅqueｎcyincyｃles即每millｉｍeter有幾組明暗條紋，所以可鑒別最小刻度，即反應(yīng)該光波的頻率。MoｄulationＴrａnsｆｅrFuｎｃｔｉoｎ,即呈現(xiàn)如圖E4－７所示之圖，而ｔaｎｇｅnｔｉal＆saｇittal對(duì)各種入射光ｆｉeldangle的reｓponse也一并顯示。對(duì)一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者而言,此設(shè)計(jì)所呈現(xiàn)的ＭTＦ為cｉrcuｌaｒpuｐｉlaｕtocｏｒrelaｔion的結(jié)果。這是我們尚未考慮thesecondａrｙcorrectｏｒ所帶來遮蔽效應(yīng)。既然secoｎdarycｏrｒectｏr放在priｍaｒy的前面中心位置上，則入射光一定有部分被擋住,并且在ｐrimａrｙ上有個(gè)洞把成像的光放出去，此洞也需納入考慮，所以我們高估了我們的perfoｒmａnｃe.改良如下，回到LDE，在曲面3的第一項(xiàng)中點(diǎn)兩下，從Ａｐｅｒｔurｅｔyｐes中選ＣｉrｃｕlａrAperture，在ＭiｎＲａdius中鍵入１。7，即入射光離光軸的半徑需大于１.7才可進(jìn)入，此動(dòng)作再處理ｐriｍａry上的洞,同時(shí)把MaxRaｄius改為6。再來處理ｓeｃｏｎdａｒycorｒｅctｏr的obscuraｔｉon,在surfａｃe３的前面，插入一個(gè)sｕrｆａｃｅ這個(gè)newｓurface就變成了surｆａce3,把其ｔｈickｎesｓ改為２0，且sｕrfａｃe2的tｈicｋnｅss改為４0,如此２０＋40=60并不改變光從BK7后到priｍary的長度.調(diào)整ｓuｒｆａce３的Aperｔuretyｐｅ，設(shè)定為CircularObsｃｕｒatｉｏn。把MaxRaｄｉｕs訂為２。5，按OＫ后跳出,同時(shí)設(shè)定surface3的sｅｍi－diａmｅter也是２。5，uｐdａｔｅ后的MTＦ，你會(huì)發(fā)現(xiàn)pｅｒfoｒｍanｃe已降低,特別是在meｄｉalspatialｆreqｕenciｅｓ部分。HYPEＲLINＫ＂ｈttｐ：/／spriｔe。phyｓ.nckｕ．edu。tｗ/ｏld／Noteｓ/Zｅｍａｘ/Zeｍａx—all。html”(回內(nèi)容綱目）●習(xí)作五：ｍuｌti—coｎfigｕratioｎlaｓerｂｅamexｐander你將學(xué)到：使用multi—cｏｎfｉｇurationcapabiｌiｔy。假設(shè)你需要設(shè)計(jì)一個(gè)在波長λ=１。０5３μ下操作的lasｅｒbeaｍexｐａnｄer，Ｉnputdiaｍｅter為100mm，而ｏutpｕtｄiameｔeｒ?yàn)?０ｍm，且Iｎｐuｔ和output皆為ｃoｌｌimated。在此設(shè)計(jì)之前，我們必須遵守下列設(shè)計(jì)條件,只能使用2個(gè)鏡片本設(shè)計(jì)在形式上必須是Gａliｌean（沒有ｉｎｔｅrｎalfocus）只有一個(gè)aｓpheriｃsｕrfaｃe可以使用此光學(xué)系統(tǒng)必須在λ３28μ下完成測(cè)試。本設(shè)計(jì)任務(wù)不只是要矯正aｂerrａt(yī)ioｎ而已，而是在兩個(gè)不同wａvｅｌｅngths的情況下都要做到。先談?wù)剹l件2中什么是Gaｌiｌｅａn呢？Ｇalilｅan就是光線從入射到離開光學(xué)系統(tǒng),在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部不能有ｆocuｓ現(xiàn)象,在本例中即beaｍｓ在兩個(gè)鏡片之間不能有foｃus。好在本系統(tǒng)不是同時(shí)在２個(gè)ｗaｖeｌｅnｇths下操作,所以在操作時(shí)我們可以變動(dòng)某些ｃonｊugates。現(xiàn)在開始設(shè)計(jì)，依據(jù)ＺｅmaxＰ.4－１8頁的LDＥ表中鍵入各ｓurface的相關(guān)值。其中ｓｕｒfaｃe５的ｓuｒｆacetype從Ｓtａｎdard改為Ｐaｒaｘｉａl，這時(shí)在鏡片后面的foｃａｌｌeｎｇtｈ項(xiàng)才會(huì)出現(xiàn)。注意到使用paｒａｘｉａllｅns的目的是把ｃolｌｉｍａｔｅｄliｇht(平行光）給focｕs。同時(shí)把surｆace5的ｔhiｃkｎesｓ及foｃallengｔh皆設(shè)為２5，entranｃepupil的diａｍｅteｒ定為1０0,ｗavelength只選一個(gè)1．0５３micｒonｓ即可，記住不要在設(shè)第二個(gè)wａｖｅlength。叫出ｍeritfｕｎctioｎ，在第1列中把ｏｐｅraｎdtype改為ＲEＡY這表示reａlｒayY將用來作為一種ｃoｎstrａint，在本設(shè)計(jì)中，我們被要求Ｉｎpｕtｄiametｅr為１00而ｏｕtｐutdｉamｅｔer為2０，其比值為100:20=5：1，即入射bｅam被壓縮了５倍,在sｒf＃中鍵入５,表示在suｒface中我們要控制他的ｒａｙheｉghｔ，而Ｐy上則鍵入1．0０。把taｒｇeｔvalue定為1０,這個(gè)動(dòng)作將會(huì)給我們一個(gè)diａmetercｏｌｌimated為20mｍ的ouｔputｂeam.為什么呢?因?yàn)镻y是noｒmalizｅd的puｐiｌcｏｏrdiｎａt(yī)ｅ，即入射光的ｓｅmi-dｉａmｅter為50.，Py=1即現(xiàn)在的入射光iｓaimｅdtoｔｈetopｏftheentｒａｎcｅｐｕpil，把targetvalｕｅ定為10,就是輸出光的semi—diａｍeteｒ?yàn)?0，所以50:10=5:1，光被壓縮了5倍,達(dá)到我們的要求。sｅmｉ－diａmetｅr的值定為１０，現(xiàn)在選Toｏlｓ,Uｐdate，你會(huì)看到在ｖaｌｕｅcｏlｕmｎ上出現(xiàn)５０的值，這就是ｅntｒancepupilradｉｕｓ即表示ｃoordinates是座落在一個(gè)單位圓(ｕnｉtｃirｃle）上,而其半徑為50,當(dāng)Px=0，Pｙ=1即表示在ｙ軸的pupｉl大小為50,而在ｘ軸的則為0.從editmｅnubar選Tools，ＤefａultMｅｒitFunction，按Ｒeseｔ后把”ＳtaｒｔAt”fiｅｌd的值改為2，這表示以后的ｏpｅrａnｄs會(huì)從第二列開始,而不會(huì)影響已建立的REAYｏｐｅrand.執(zhí)行oｐｔimｉｚatｉon后,把OPDｐlot叫出來，如圖E5－1所示,你會(huì)發(fā)現(xiàn)ｐeｒｆoｒmance很差,大約為7個(gè)ｗａves。這個(gè)aberrａt(yī)ioｎ主要來自sｐhｅriｃａlabｅｒｒation，所以我們要把suｒface1改為aｓｐheric,把ｓurｆａce１列中的ｃｏniｃ設(shè)為ｖarｉａble，再次執(zhí)行ｏptimｉzatioｎ，你會(huì)看到較好的OPＤpｌoｔ?，F(xiàn)在把所有的vａriabｌe都去掉，然后將此fielｄ存盤，因?yàn)槟阋淹瓿桑鱝vｅlenｇth在1.0５3μ下的ｂeamｅxpａｎdeｒ設(shè)計(jì)。但是wａveｌengtｈ在0。６32８μ的情況怎么辦呢？我們進(jìn)入此習(xí)作的另一個(gè)主題,也就是ｍulti—ｃoｎfigurａt(yī)ｉｏn可以在同一系統(tǒng)中同時(shí)設(shè)定不同的cｏnｆigｕrａｔiｏn，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境或要求，先前我們已完成了wａveｌength為１。0５３μ的coｎfｉguraｔion,把他看做ｃoｎｆiguration１，而wavelenｇtｈ0．6３２8為conｆigｕration２。把waveleｎgｔh從１。053改為０．632８后看看OＰＤplot，出現(xiàn)非常差的pｅrfoｒmancｅ，這是因?yàn)椋纾靉ssｄｉspersｉｏn的緣故。我們調(diào)整lensｓpacｉｎg來消除此defｏcus把sｕrfacｅ2的tｈｉcｋｎｅss設(shè)為vａrｉaｂlｅ，執(zhí)行opｔｉmｉzatｉon后,updateOＰDｐlｏt,此時(shí)的ａｂerratioｎ大約為一個(gè)ｗａve，接下來消掉sｕrｆａce2thickｎess的ｖaｒｉable.現(xiàn)在我們來使用Zｅmａx的multi—cｏｎfiguraｔiｏｎcapabｉlｉtｙ功能，從maiｎmeｎu上選Edｉｔorｓ，后Multｉ－ｃｏnfiｇuraｔiｏｎ,再選其中的Ｅdiｔ,ＩｎｓｅrtCoｎｆig,如此我們就可以加入一個(gè)新的configｕrａｔｉon，在第一列的第一項(xiàng)中按兩下,選”ｗａｖe”,同時(shí)在"Ｗavelｅｎｇth＃"中選為1，這表示在不同的ｃｏnｆigｕrａｔion，我們使用不同的wａvelｅngｔhs。在Ｃonfiｇ1下鍵入１。０５3，Conｆig２下鍵入0.6328,在插入一個(gè)新的列于此列的第一項(xiàng)中按兩下，選TＨIC為一個(gè)opｅrandtype，這會(huì)讓我們?cè)诟鲃e的cｏnｆiguｒation中定義不同的thiｃkｎｅss，從”surｆａce”ｌｉst中選2后按OK。在Confｉg1下鍵入250,Confiｇ2也鍵入２5０，不過在surfacｅ中選２即表示在ＬDＥ中surｆacｅ2的tｈｉｃｋｎess是當(dāng)作mｕlｔ－ｃｏnfiguｒation的一項(xiàng)opｒａndｖaｌue,把Conｆiｇ2下surfaｃe2的thｉcknesｓ設(shè)為vaｒiａble.回到ｍeriｔｆunｃtiｏneditoｒ，選Ｔｏoｌs，ＤｅfaultＭeｒｉtFunction，把”StartＡt”的值改為1,使dｅfａuｌｔmeｒiｔｆuｎcｔion會(huì)從第一列開始考慮?，F(xiàn)在先前設(shè)定的ＲEAYcｏｎstraint條件必須加到此新的mｕlti－ｃonｆigｍerｉtfuncｔｉon，在ｍeｒiｔfunｃtioｎ的第一列中，有一個(gè)CONFｏperand且在”Ｃｆg#”項(xiàng)中定為1，表示現(xiàn)在ｃoｎfigｕraｔｉoｎ1是ａｖｔivｅ。在此列之下尚有三個(gè)OPDXopｅｒａnds，于ＣＯＮF和第一個(gè)ＯPDX之間插入一個(gè)新列,把其ｏpeｒandtyｐe改為"REＡY”，”Sｒf＃”鍵入5。表示我們要控制的ｒayｈeight是對(duì)surfacｅ5而言，Py鍵入１.0０taｒgetvalｕe設(shè)為１0。如同先前的filｅ讓輸出ｂeam的dｉameｔer為２0ｍｍ。在CＯＮＦ１的要求接設(shè)定完畢，在ＣONF２則不設(shè)任何oｐerand，因?yàn)槲覀儾豢赡茉趦煞Nwaｖelｅngｔｈs操作下要求ｅｘact5：1的ｂeaｍ。回到LＥD,把sｕrface1，2,4的cｕrvatｕｒes及surｆａce1的cｏnic皆設(shè)為vａriａble,執(zhí)行optimizａt(yī)ion(現(xiàn)在有５個(gè)ｖａriabｌｅ為active,3個(gè)curｖａt(yī)ureｓ,１個(gè)coniｃ，1個(gè)muｌti-conｆigthickness）。叫出updａｔe的OPDpｌot，你可以在mulit-confiｇuｒationedｉｔoｒ上在”Ｃｏｎfig1"或”Cｏnfiｇ２”上按兩下，則ＯPDplｏt會(huì)顯示其對(duì)應(yīng)的ｃonｆｉgurａt(yī)ion,或者你可用Cｔrl－Ａ的hotkey，在不同的conｆiguratｉｏn間作變換,你會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者的perｆormaｎｃｅ都很好，表示我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在waｖelｅngth１.053或0。6３28μ的ｌasｅr之下皆可以工作。HＹＰERＬIＮK”ｈｔｔｐ:／/ｓprite。phｙs．ncｋｕ．edu．tｗ／ｏld/Ｎotｅs／Zemax／Zｅmａｘ-aｌl.html＂\l"toｐic＂(回內(nèi)容綱目）●習(xí)作六:foldｍｉrｒoｒs和cｏorｄinａｔebrｅａkｓ你將學(xué)到：了解ｃoｏrdinatebreaｋs,ｓiｇnｃonｖeｎtioｎs在調(diào)整傾斜度，或改變系統(tǒng)中心的作用和如何裝置fｏｌｄmirroｒs等，本習(xí)作的大部分技巧在”ＡdｄFｏldMｉrｒor”工具中可自動(dòng)執(zhí)行，然而了解實(shí)際的操作內(nèi)容和細(xì)節(jié),才是本習(xí)作的目的。在習(xí)作３時(shí)或許你已學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)Ｎewｔｏｎian望遠(yuǎn)鏡，其中已經(jīng)有ｃoordｉnaｔeｂreａks的操作，以及光在經(jīng)過ｍirroｒ反射后tｈｉcｋneｓs虛設(shè)定為負(fù)值,和coorｄinａt(yī)eｂreａks需伴隨著一對(duì)使用，而把要的foldmｉｒrｏr如三明治般地夾在其中。本習(xí)作將教你如何在一個(gè)簡單的cｏnverginｇbeam中ｍａnｕally加入foｌdｍiｒｒｏrｓ，而不使用Toｏｌs中的"AｄｄFｏｌｄMirror"功能。叫出LDＥ，把STO的surfaｃetｙpe改為ｐarａxｉal,tｈｉｃknesｓ定為１00，這時(shí)對(duì)paraxiallｅｎs的ｄeｆaultfoｃalleｎgtｈ值,然后從System,Ｇeneraｌ，中把a(bǔ)pｅrtｕrｅ設(shè)為20，即產(chǎn)生一個(gè)Ｆ/5的lenｓ。完畢后看看3Ｄｌａyout，一個(gè)簡單的pａraxｉalｌens所造成coｎverginｇｂeam的光學(xué)系統(tǒng)已完成。假設(shè)我們要把輸出的converｇiｎｇbeam導(dǎo)向上,怎么作呢?那就是加入一個(gè)ｆoldｍｉrｒor,先假定此fｏlｄmｉrror為45°oriｅnted且具pａｒaxiaｌlens為30mm.總共需要3個(gè)鏡片.一個(gè)為coordinaｔebrｅak把ｃoordinatｅｓｙstem轉(zhuǎn)45°，然后一個(gè)mirｒor來反射光線,最后再一個(gè)ｃｏｏrdinａt(yī)ebrｅak把反射后的ｂeam給轉(zhuǎn)4５°這是很重要的一點(diǎn)，共要3個(gè)ｓuｒfａce來裝置一個(gè)foｌdｍirror.coorｄinａt(yī)ｅｂreaks本身沒什么作用，只是把入射光和輸出光作同樣的傾斜或改變中心坐標(biāo)的動(dòng)作而已。在imagｉｎgsｕｒfaｃｅ前面出入3個(gè)lens，把ｓｕrface1的ｔｈｉcｋness定為30，在suｒface3的gｌassｆolｄｍirroｒ尚未ｔitlｅd,所以系統(tǒng)會(huì)在parａxiallｅns的左邊4０ｍm處focus。更改surｆａcｅ２及４的sｕrｆaｃetypｅ為ＣｏｏrdｉｎateBｒek，回到LＤE往右一，在sｕｒfａce4的第3個(gè)paraｍeteｒcｏｌｕmn中期hｅadiｎg上頭標(biāo)示為"TitlｅAbｏuｔX”。在此項(xiàng)中按兩下，選”ＰｉcｋU(xiǎn)ｐ”,且設(shè)定”ＦｒoｍSuｒfaｃｅ"為2，”ScａleFaｃtor”為1．0，這代表surｆａcｅ4的coordinateｂｒｅaｋ動(dòng)作會(huì)跟ｓurfａcｅ２的一樣。移由標(biāo)到surfacｅ2的”titlｅａｂｏutｘ”項(xiàng)中,鍵入45,Updatｅｌａyouｔ你會(huì)看到如FiguｒeE６—1的圖。注意到cｏｏrdｉnａｔebｒeａk的tｈiｃkｎｅss為０,表示mirror和ｃooｒdinatebｒｅaksurfacｅ是重合的.應(yīng)該注意的是,mｉrｒｏr本身并沒有轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)的是入射前合入射后的坐標(biāo)系統(tǒng)，在反射后除了轉(zhuǎn)45°外，并且移了-70uniｔｓ去focuｓ，所有的tiｌt或decｅnｔer動(dòng)作總是在光線跑,即tｈickｎｅss之前完成?，F(xiàn)在再裝第二個(gè)fｏldmirroｒ，同樣在imａｇｉnesuｒfａcｅ前面插入3個(gè)suｒｆaｃe，把surfacｅ４的ｔｈickｎeｓs從-70改為—30，在suｒfａce５的tilt