光学课程设计--典型光学系统的设计实践

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1、典型光学系统的设计实践课程设计1.课程设计的初步安排与要求1）Zemax光学软件介绍（5月24日）；2）到专业实验室进行具体的上机操作（5月26号之后）；3）要求：两大组,可自备电脑；按时到实验室进行上机；完成课程设计报告（占20％）。2.参考数目1）袁旭沧编，现代光学设计方法.北京理工大学出版社，19952）李士贤，李林编，光学设计手册.北京理工大学出版社，19963）高志山，Zemax软件在像差设计中的应用，南京理工大学，20063.光学设计者应具备的知识与能力光学基础知识数学功底空间想象能力计算机编程丰富的经验——Raytracingisunquestionablyoneof

2、thedesigner’schieftools.4.光学设计的工具Todaythereareelaboratecomputerprogramsfor“automatically”designingandanalyzingtheperformanceofallsortsofcomplicatedopticalsystems.Zemax2003（光学设计软件）TracePro3.25（光学仿真软件）ASAP8.0（光学仿真软件）LightTools4.0（光学仿真软件）TFCalc_v3.5（光学薄膜设计软件）CODEV9.5Optiwave_OptiFDTD_v4.0OSLOPrem

3、ium6.2（光学设计软件）BeamPROP519Fullwave3095.光学系统设计的过程初始结构的选择、初始参数的确定a.国内外光学设计手册、专利和镜头数据库中选取；b.通常简单的几何光学计算，确定满足要求的雏形。系统的优化a.建立评价函数；b.光线追迹计算。6.Zemax光学软件简介Zemax是由美国FocusSoftwareIncorported公司设计的专用光学设计软件。Zemax的视窗类型主视窗（TheMainWindows）图形视窗（GraphicWindows）文本视窗（TextWindows）对话框（Dialogs）编辑视窗（EditorWindows）Zema

4、x的优化计算与操作符评价函数（MeritFunction）——光学系统如何与指定的设计目标相符的数字代表。Zemax提供了缺省的评价函数，也可自定义评价函数。☆☆☆评价函数的建立是光学设计初学者的难点之一。内建的操作符（285种）。种类数量种类数量高斯光学参数16像差传递控制操作符37光学传递函数9圆内能量2透镜边界条件50光学面8个参数控制24＝3×8Extradata3光学材料控制10光线数据44光学件全局坐标控制6数学运算操作符20多重结构5其它59总计285Zemax优化设计所用的内建操作符分布Zemax实现像差设计的几个问题缺省评价函数和现有像差控制符的局限性——缺省评价

5、函数由点列图和波像差构成，用于优化像平面或具有固定面型的像面上的成像质量，不能完成任意独立几何像差的控制。轴上点像差操作符的局限性（SPHA、AXCL）——仅适用于小视场小相对孔径的设计场合。轴外点像差操作符的局限性种类名称含义局限性慧差COMA某个面慧差贡献量无法控制跟视场、孔径有关的子午、弧矢慧差场曲FCUR某个面场曲贡献量无法控制宽光束场曲（应用于大相对孔径大视场情况）FCGS某个视场细光束子午场曲FCGT某个视场细光束弧矢场曲象散ASTI某个面像散贡献量无法控制宽光束象散畸变DIST某个面畸变贡献量DIMX视场最大畸变允许量DISG控制跟视场有关的规一化百分畸变DISC控制

6、校准畸变垂轴色差LACL两边缘波长主光线与像面交点之间的Y轴距离无法控制视场高级色差无法控制指定孔径的球差、轴向色差、高级球差与色球差；无法控制跟孔径和视场有关的慧差、高级慧差；跟孔径有关的宽光束场曲、象散；无法控制需要的垂轴色差曲线、高级垂轴色差。※※自定义评价函数控制系统像差——从像差的基本概念入手，利用Zemax的内建的操作符建立评价函数。例如：球差的控制单透镜系统设计7.光学系统设计举例设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focallength为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。通过以下两个例子，你将学会，启用ZEMAX，如何键入wavelength、Lensda

7、ta，产生rayfan，spotdiagrams，定义thicknesssolve以及variables，执行简单光学设计最佳化。一个双镜片是由两片玻璃组成，通常黏在一起，所以他们有相同的curvature。借着不同玻璃的dispersion性质，thechromaticaberration可以矫正到firstorder所以剩下的chromaticaberration主要的贡献为secondorder。双镜片系统设计如习作一，我们仍然要设计一个在光轴上成像，focal