用ZEMAX设计简易LED准直镜

基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计

杜彬彬，高文宏，李江澜，石云波，徐美芳 Байду номын сангаас赵鹏飞，王艳红
（中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原０３００５１）
摘要：为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题，根据几何光学原理，分别针对半导体激光器弧矢和子午方向的不同发散角度建立数学模型，设计出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的非球面透镜，并在ＺＥＭＡＸ光学设计软件中进行了仿真。经非球面准直透镜准直之后，半导体激光器快慢轴方向的发散角分别从３５。和７．５。压缩到了１．８ｍｒａｄ和０．８４ｍｒａｄ，在距离光源１０１ＴＩ处接收面上的总光功率为０．４９７Ｗ，光能利用率高达９９．４％。结果表明，在相互垂直的方向上具有不同面型的非球面准直透镜对半导体激光器的准直具有良好的效果。关键词：半导体激光器；非球面透镜；ＺＥＭＡＸ；准直中图分类号：ＴＮ２４８文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０７８．２０１３．１２．１５
基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．６１０７８０３６）；山西省重大专项（Ｎｏ．２０１１１１０１０４５）资助。
作者简介：杜彬彬（１９８８一），女，硕士研究生，主要从事光学设计以及红外气体传感器气室结构设计等方面研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｕｂｉｎｂｉｎ—
第４３卷第１２期２０１３年１２月

ZEMAX单透镜设计例子详细多图

ZEMAX单透镜设计例子，单透镜是最简单的透镜系统了，这个例子基本是很多ZEMAX教程开头都会讲的。

1-1 单透镜这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长围(Wavelength Range)，并且进行优化。

你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。

这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。

首先在运行系统中开启ZEMAX，默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键入大多数的透镜参数，这些设罝的参数包括：•表面类型(Surf：Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等•曲率半径(Radius of Curvature)•表面厚度(Thickness)：与下一个表面之间的距离•材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等：与下一个表面之间的材料•表面半高(Semi-Diameter)：决定透镜表面的尺寸大小上面几项是较常使用的参数，而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。

1-2 设罝系统孔径首先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里（System->General）。

点击「GEN」或透过菜单的System->General来开启General 的对话框。

点击孔径标签(Aperture Tab)（默认即为孔径页）。

因为我们要建立一个焦距100 mm、F/4的单透镜。

所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil)，因此设罝：•Aperture Type：Entrance Pupil Diameter•Aperture Value：25 mm点击单位标签(Units Tab)，并确认透镜单位为Millimeters。

ZEMAX在透射仪测量光路准直系统设计中的应用

ZEMAX在透射仪测量光路准直系统设计中的应用周树道;马忠良;王敏【摘要】在ZEMAX非序列环境下建立了透射仪光学系统模型.利用建立的模型研究了LED光源表面特征对透射仪测量光路准直的影响,并通过增加扩散片优化了光学系统结构.对提出的基于扫描方式的测量光路准直方法进行了仿真研究.研究结果表明,基于该方法方位角测量最大相对误差为2%,验证了该方法的可行性.%An optical system model of the transmittance meter is established in the ZEMAX non-sequence environment.The influence of the surface characteristics of LED on the alignment of optical path is studied by using the model, and the structure of optical system is optimized by increasing the diffusion sheet.The method of alignment for measuring light path based on scanning is studied in simulation.Research results show that the maximum relative error of azimuth measurement is 2% and the feasibility of the method is verified.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)022【总页数】4页(P92-94,97)【关键词】ZEMAX;准直系统;透射仪【作者】周树道;马忠良;王敏【作者单位】解放军理工大学气象海洋学院,江苏南京 211101;南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心,江苏南京 211101;解放军理工大学气象海洋学院,江苏南京 211101;解放军理工大学气象海洋学院,江苏南京 211101【正文语种】中文【中图分类】TN12;P427.2透射仪是机场跑道进行水平能见度测量的常用设备[1]，也是世界气象组织(WMO)进行大规模能见度测量仪器比对时采用的标准设备[2]。

2024版光学设计软件Zemax中文教程

在Zemax中引入偏振器件，如偏振片、波片等，进行光学系统的偏振设计。
通过仿真分析，评估偏振设计对光学系统性能的改善程度。
自定义操作数编写技巧
了解自定义操作数基本概念
自定义操作数是指用户根据实际需求，在 Zemax中自定义的光学性能评价指标。
调试自定义操作数
在编写过程中，需要对自定义操作数进行调试和验证，确保其正确性和可靠性。
它具有强大的光学仿真功能，可以模拟各种光学现象，如光的传播、反射、折射、散射等。
Zemax还提供了丰富的光学元件库和优化的算法，使得用户可以更加高效地进行光学设计。
软件安装步骤及注意事项 01
下载Zemax安装程序，并双击运行。
02
按照提示完成软件的安装过程，注意选择正确的安装路径和组件。
安装完成后，需要激活软件，输入正确的许可证密钥。
02 智能化、自动化将成为光学设计的重要发展方向。
03
新材料、新工艺的不断涌现将为光学设计提供更多可能性。
04
光学设计将与机械、电子、计算机等多学科进一步交叉融合。
下一讲预告及预备工作
下一讲将介绍光学系统的公差分析与优化方法。
01
02
建议学员多阅读相关文献和资料，加深对光学设计理论的理解。
属性栏显示了当前选中对象的各种属性，用户可以在这里进行修改和调整。
设计区域是用户进行光学设计的主要场所，可以在这里绘制和编辑光学系统。
初学者常见问题解答
问题1
01
如何启动Zemax软件？
解答
02
双击桌面上的Zemax图标或者在开始菜单中找到Zemax程序并
单击启动。
问题2
03
如何新建一个光学设计项目？

用ZEMAX设计简易LED准直镜[1]

用ZEMAX设计简易LED准直镜一. 初始解的构建1. 为了简单采用此透镜由三部分构成:A. 全反射部分,B. 折射部分,C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑,可以在设计完成后再加入)图中光束分两个部分, 一部分为折射部分,另一部分为全反射部分, 可以看出,折射部分光束为三段,全反射部分光束分为四段,由于是平行光出射, 所以在优化时只要考虑第三段就可以了.初始数据:1) 几何体部分TIR部分是一个非球面透镜,中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体;注意中间的透镜部分的材料为空气,因为它相当于也是被切除掉的.2) 光源部分我们用SOURCE RAY做为光源, 这样可以NSRA来进行优化; 光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成:steps=90incr=90/steps #max angle is 90 degreepi = 4*ATAN(1)dr = pi/180startobj=4For i,0,steps,1angle = i*incroo=i+startobjInsertObject 1,ooSetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY" # surface,object,code,face,value SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2 SetNSCPosition 1,oo,4,angleSetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout raysSetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis raystar = 0opr = i+1InsertMFO oprsetoperand opr, 11, "NSRA"setoperand opr, 3, oo # src#setoperand opr, 6, 3 # seg#setoperand opr, 9, 1 # weightsetoperand opr, 7, 5 # y coordinatesetoperand opr, 8, tar # tarNextupdate我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下, 从图中可以看出,光线都不是平行的. 这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向会聚!!二. 优化经过上面的准备工作,这时我们就可以优化了, 当然那几个物体的相对位置需要用PICKUP来约束, 这里不就详细说明了.初步优化的结果如下:可以再调整一下透镜的口径, 再优化一次. 可以看出, 透镜的口径是在增加的, 并且其底部是一直往左移的. 最终会达到一个比较平衡的状态;到这里优化工作就已经完成了. 我们可以对这三个部分进行一个布尔操作得到我们想要的透镜!三. 最终模型的建立和模拟1) 布尔操作后的结果2) 模拟,将所有的SOURCE RAY都删除, 我们用SOURCE RECTANGLE来代替LED, 大小取1*1, COSINE EXPONENT 取1.0来做为朗伯发光体, 把DECTOR 设置到1010MM处, 模拟1M处的光斑, DETECTOR的大小设为500*5003) 模拟结果:A. 光斑B. 发散角以上是一个简单的准直镜的构建. 采用ZEAMX的优化算法结果特定的建模完成该设计, 当然还可能存在诸多不足之处,但此思路可供参考. 也可以设计相似的透镜或变型.。

zemax基本操作和透镜设计实验

Zemax基本操作和透镜设计一、实验目的学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。

设计一个单透镜和一个双胶合透镜。

二、实验要求1、掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。

2、掌握ZEMAX软件的用户界面。

3、掌握ZEMAX软件的基本使用方法。

4、学会使用ZEMAX的帮助系统。

三、实验内容○单透镜设计用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。

1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。

2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。

同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。

3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。

4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。

5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。

6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。

7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。

8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。

9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。

10. 将此设计起名保存，生成报告。

优化前优化后○双胶合透镜设计以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。

1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。

2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。

3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。

光学设计软件ZEMAX简明教程(2024)

29
拓展模块介绍及选购建议
• 高级光学设计模块：提供更高级的光学设计功能，如非球面优化、多波长分析等，适用于对光学性能有更高要求的设计任务。
• 照明设计模块：专门针对照明系统设计的功能模块，包括光源建模、光斑分析、照度计算等，适用于照明领域的设计师和工程师。
• 激光系统设计模块：针对激光系统的特殊需求提供的设计工具，包括激光束传播模拟、热效应分析等，适用于激光技术研究和应用领域的专业人员。
分析光学系统成像质量的重要工具，包括球差、彗差、像散、场曲等。
8
波动光学原理简介
光的波动性
光是一种电磁波，具有振幅、频率、相位等波动特性。
干涉现象
两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，产生加强或减弱的现象。
衍射现象
光波遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播路径的现象。
2024/1/29
9
典型光学系统分析
2024/1/29
选择合适的曲面形状
根据实际需求，选择合适的曲面反射镜形状，如球面、非球面等，以实现特定的光学性能。
优化反射面精度
通过提高反射面加工精度、采用先进的抛光技术等手段，降低反射面的粗糙度，提高反射镜的反射效率。
考虑热稳定性和机械稳定性
针对特定应用场景，选择具有优良热稳定性和机械稳定性的材料和结构，以确保反射镜在复杂环境中的性能稳定性。
复杂光学系统设计
讨论复杂光学系统的设计方法，如多波长、大视场等。
2024/1/29
梯度折射率透镜设计
研究梯度折射率透镜的设计原理和实现方法。
新型光学材料应用
探讨新型光学材料在特殊透镜设计中的应用。
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05 反射镜设计实例分析
2024/1/29

用ZEMAX设计简易LED准直镜

用ZEMAX设计简易LED准直镜一. 初始解的构建1. 为了简单采用此透镜由三部分构成:A. 全反射部分,B. 折射部分,C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑,可以在设计完成后再加入)图中光束分两个部分, 一部分为折射部分,另一部分为全反射部分, 可以看出,折射部分光束为三段,全反射部分光束分为四段,由于是平行光出射, 所以在优化时只要考虑第三段就可以了.初始数据:1) 几何体部分TIR部分是一个非球面透镜,中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体;注意中间的透镜部分的材料为空气,因为它相当于也是被切除掉的.2) 光源部分我们用SOURCE RAY做为光源, 这样可以NSRA来进行优化; 光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成:steps=90incr=90/steps #max angle is 90 degreepi = 4*ATAN(1)dr = pi/180startobj=4For i,0,steps,1angle = i*incroo=i+startobjInsertObject 1,ooSetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY" # surface,object,code,face,value SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2 SetNSCPosition 1,oo,4,angleSetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout raysSetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis raystar = 0opr = i+1InsertMFO oprsetoperand opr, 11, "NSRA"setoperand opr, 3, oo # src#setoperand opr, 6, 3 # seg#setoperand opr, 9, 1 # weightsetoperand opr, 7, 5 # y coordinatesetoperand opr, 8, tar # tarNextupdate我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下, 从图中可以看出,光线都不是平行的. 这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向会聚!!二. 优化经过上面的准备工作,这时我们就可以优化了, 当然那几个物体的相对位置需要用PICKUP来约束, 这里不就详细说明了.初步优化的结果如下:可以再调整一下透镜的口径, 再优化一次. 可以看出, 透镜的口径是在增加的, 并且其底部是一直往左移的. 最终会达到一个比较平衡的状态;到这里优化工作就已经完成了. 我们可以对这三个部分进行一个布尔操作得到我们想要的透镜!三. 最终模型的建立和模拟1) 布尔操作后的结果2) 模拟,将所有的SOURCE RAY都删除, 我们用SOURCE RECTANGLE来代替LED, 大小取1*1, COSINE EXPONENT 取1.0来做为朗伯发光体, 把DECTOR 设置到1010MM 处, 模拟1M处的光斑, DETECTOR的大小设为500*5003) 模拟结果:A. 光斑B. 发散角以上是一个简单的准直镜的构建. 采用ZEAMX的优化算法结果特定的建模完成该设计, 当然还可能存在诸多不足之处,但此思路可供参考. 也可以设计相似的透镜或变型.。

使用ZEMAX进行准直镜头设计

WAVELAB 光研科学
设计准备
• • • • •
ZEMAX-EE(专业版)光学设计软件掌握准直径的特点：Afocal系统使用的功能：ZEMAX像空间Afocal模式优化方法：Afocal模式，RMS+Wavefront 分析方法：采用ZEMAX的Afocal的模式可以直接读取镜头的发散角
WAVELAB
光研科学
设定初始结构：
WAVELAB
平板玻璃
光研科学
设定变量：
• 曲率半径 • 第二个面采用偶次非球面
– （本实例只采用1个单片透镜）
WAVELAB
光研科学
设定目标：
• • •
RMS+Wavefront Rings+Arms 这种系统的默认的评价函数将可以实现准直设计（我们已经选择了Afocal模式）
发散角度评价：
RMS为主要的评价标准：发散角度<1.279 mrad GEO为参考的评价标准：发散角度<3.009 mrad 设计结果符合设计要求 Afocla 的点列图 WAVELAB 光研科学
加工图纸输出:
WAVELAB
光研科学
加工图纸输出:
可以编定各种公差数据，以及其他信息
可以对镜头进行公差分析，以及模拟装配等、（此例中不做详细介绍）
光研科学
WAVELAB
设定目标：
• EFFL设定
有效焦距控制 • 下面是系统自动生成的控制光程差
WAVELAB 光研科学
优化：
• 自动收敛设计 • 观察MF（评价函
数的变化） • 自动update实时观察系统变化
WAVELAB
光研科学
查看结果：
2D外型图形

用ZEMAX设计简易LED准直镜

用ZEMAX设计简易LED准直镜一. 初始解的构建1. 为了简单采用此透镜由三部分构成:A. 全反射部分,B. 折射部分,C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑,可以在设计完成后再加入)图中光束分两个部分, 一部分为折射部分,另一部分为全反射部分, 可以看出,折射部分光束为三段,全反射部分光束分为四段,由于是平行光出射, 所以在优化时只要考虑第三段就可以了.初始数据:1) 几何体部分TIR部分是一个非球面透镜,中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体;注意中间的透镜部分的材料为空气,因为它相当于也是被切除掉的.2) 光源部分我们用SOURCE RAY做为光源, 这样可以NSRA来进行优化; 光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成:steps=90incr=90/steps #max angle is 90 degreepi = 4*ATAN(1)dr = pi/180startobj=4For i,0,steps,1angle = i*incroo=i+startobjInsertObject 1,ooSetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY" # surface,object,code,face,value SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2 SetNSCPosition 1,oo,4,angleSetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout raysSetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis raystar = 0opr = i+1InsertMFO oprsetoperand opr, 11, "NSRA"setoperand opr, 3, oo # src#setoperand opr, 6, 3 # seg#setoperand opr, 9, 1 # weightsetoperand opr, 7, 5 # y coordinatesetoperand opr, 8, tar # tarNextupdate我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下, 从图中可以看出,光线都不是平行的. 这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向会聚!!二. 优化经过上面的准备工作,这时我们就可以优化了, 当然那几个物体的相对位置需要用PICKUP来约束, 这里不就详细说明了.初步优化的结果如下:可以再调整一下透镜的口径, 再优化一次. 可以看出, 透镜的口径是在增加的, 并且其底部是一直往左移的. 最终会达到一个比较平衡的状态;到这里优化工作就已经完成了. 我们可以对这三个部分进行一个布尔操作得到我们想要的透镜!三. 最终模型的建立和模拟1) 布尔操作后的结果2) 模拟,将所有的SOURCE RAY都删除, 我们用SOURCE RECTANGLE来代替LED, 大小取1*1, COSINE EXPONENT 取1.0来做为朗伯发光体, 把DECTOR 设置到1010MM处, 模拟1M处的光斑, DETECTOR的大小设为500*5003) 模拟结果:A. 光斑B. 发散角以上是一个简单的准直镜的构建. 采用ZEAMX的优化算法结果特定的建模完成该设计, 当然还可能存在诸多不足之处,但此思路可供参考. 也可以设计相似的透镜或变型.。

基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计

基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计杜彬彬;高文宏;李江澜;石云波;徐美芳;赵鹏飞;王艳红【摘要】为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题,根据几何光学原理,分别针对半导体激光器弧矢和子午方向的不同发散角度建立数学模型,设计出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的非球面透镜,并在ZEMAX光学设计软件中进行了仿真.经非球面准直透镜准直之后,半导体激光器快慢轴方向的发散角分别从35°和7.5°压缩到了1.8 mrad和0.84 mrad,在距离光源10 m处接收面上的总光功率为0.497W,光能利用率高达99.4％.结果表明,在相互垂直的方向上具有不同面型的非球面准直透镜对半导体激光器的准直具有良好的效果.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)012【总页数】5页(P1384-1388)【关键词】半导体激光器;非球面透镜;ZEMAX;准直【作者】杜彬彬;高文宏;李江澜;石云波;徐美芳;赵鹏飞;王艳红【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN2481 引言半导体激光器(Laser diode，LD)具有体积小、成本低、波长范围宽、易于集成等优点，已被广泛应用于医疗、军事、材料加工、激光模拟、光信息处理以及生命科学研究等领域［1－3］。

但由于其自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器出射光束存在不对称的较大发散角、输出光束不均衡、存在固有像散等缺点，尤其在大功率半导体激光器阵列的集成应用中，由于半导体激光器单管发散角太大，造成了严重的光能量损失，大大降低了耦合效率。

基于ZEMAX的半导体激光准直仿真设计

引言
半导体激光器( laser diode，LD) 以其体积小效率高易于集成可高速直接调制等优点，被广泛用于激光雷达激光测量激光照明激光制导激光打印以及高密度信息记录与读取等领域。

但是半导体激光器发射的激光光束具有在垂直和平行于结平面两个方向发散角不同光斑形状不规则( 如一般是椭圆型或长条型) 存在固有像散等缺点，这使得半导体激光3 维扫描成像雷达的测程测距精度大大受影响，为了适用于远距离空间激光测距，必须对半导体激光发散光束进行准直。

作者主要采用椭圆面柱透镜，对905nm 的半导体激光做准直整形处理，使得激光的发散角尽可能的小，接收物体表面的激光光斑尽可能的小，而且规则，从而达到提高测程和测距精度的目的。

1.理论分析及计算
采用OSARM 公司的型号为SPL LL90 _3 的半导体激光器查看使用说明书得到: SPL LL90_3 型号的半导体激光器在弧矢( 平行于结平面) 方向上的发散
角= 15°，在子午( 垂直于结平面) 方向上的发散角= 30°，整个激光器的峰值功率为70W半导体激光器有源区只有约0. 1 m ～0. 2 m 的厚度，可以近似看作沿慢轴方向的线光源根据半导体激光束两个方向的发散角不同的特点，采用两个互相垂直的柱透镜组分别对两个方向的光束进行准直，选用的两个柱面镜面型为椭圆面如图
1 所示，半导体激光器发出的子午光线先经过母线平行于激光束慢轴方向的柱透镜后变成准平行光束( 平行光束不可能实现) 由于第
2 个柱透镜M2对于子午光线的发散角无影响，可看作平板玻璃图2 显示弧矢光线经过第1 个透镜M1 时，光束会发生偏移，但不会影响光束的发散角，在经过第 2 个柱透镜时，弧矢光也同样得到准直，输出准平行光。

如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。

zemax实例教程

简介这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。

第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。

前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。

但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。

如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。

在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。

课程1：单透镜（a singlet）你将要学到的：开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。

假设你需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，你该怎样开始呢？首先，运行ZEMAX。

ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。

你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。

LDE 由多行和多列组成，类似于电子表格。

半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。

LDE中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。

如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。

这个反白条在本教程中指的就是光标。

你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用光标键。

LDE的操作是简单的，只要稍加练习，你就可以掌握。

开始，我们先为我们的系统输入波长。

这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。

在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。

课程设计1半导体激光器准直物镜设计

《半导体激光器准直物镜设计》
一、已知条件
充分掌握工程光学的理论和典型光路的基础上，利用像差理论进行简单光路的光学参数计算和设计，并利用Zemax光学设计软件进行仿真和参数优化，达到理论和实际应用相结合。

二、设计要求
灵活运用工程光学课程重所讲授的内容，进行近轴光路的计算，设定初始光学参数；熟悉Zemax光学设计软件的基本功能和用法，并进行简单光路的模拟和优化。

设计要求：采用双胶合（Doublet）结构，D/f=1/3，通光口径D：5 mm
半视场角：0°设计波长：0.656um
计算：系统焦距f，后焦距（BFL）
半导体激光器准直物镜设计（双胶合结构）参数
三、要完成的任务
1、根据设计要求完成参数的计算，并利用Zemax软件进行参数的优化，最终得到半导体激光器准直物镜的设计参数，以及相应物镜结构与光线追迹图。

2、撰写设计说明书，封皮统一，正文格式规范，用A4纸打印装订。

LD快轴准直透镜FAC

1LD 快轴准直透镜FAC: 从初级像差设计到ZEMAX 建模以某公司的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+zemax 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=1.5mm ， H=1.5mm• N-LaF21, n=1.77584@808nm• LD 快轴发散角FWHM=35°• HB/XB 级别质量：准直光束85%/90%能量角度θ=+/-1mrad (+/-0.0573°).22，高斯光学计算：• LD 1/e^2发散角=35°*0.85=29.75°=0.52rad, 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：δ= EFL*2θ=1.8um ------系统性能评估目标；• 凸面曲率半径R1=(n-1)*EFL=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, h1=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:• 整体透镜可视为一凸平薄透镜 + 厚度d1.5 mm 玻璃平板的组合；• 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=-(n^2-1)/n^3*d*u1^4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.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:conic=-e^2=S*R1^3/((1-n)*h1^4)=-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, conic=-0.3424面2: R0, d0.05534， 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.• 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。