用 MATLAB 连结 Zemax OpticStudio 之一：连线与基本操作

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如何使用Matlab进行光学系统设计与分析

如何使用Matlab进行光学系统设计与分析光学系统是现代科学和工程领域中非常重要的一部分。

它涉及到光的传播和控制，以实现一系列的功能，如成像、聚焦、衍射等等。

光学系统的设计与分析可以帮助我们更好地理解光的行为并优化系统性能。

在本文中，我们将介绍如何使用Matlab进行光学系统设计与分析。

第一部分：光学系统建模在光学系统设计与分析中，必须首先对系统进行建模。

Matlab提供了强大的工具和函数，用于建立光学系统的模型。

其中最基本的模型是射线模型，它将光线视为直线，并描述光的传播路径。

这种模型适用于较简单的系统，如透镜或凸透镜组。

除了射线模型外，Matlab还支持波模型和光场模型。

波模型将光视为一组波动方程，可以更好地描述光的衍射和干涉现象。

光场模型则将光视为波的能量分布，可以更准确地描述成像效果和光场分布。

第二部分：光学系统分析光学系统分析是对光学系统性能进行评估和优化的过程。

Matlab提供了一系列函数和工具，帮助我们进行光学系统分析。

其中最常用的分析方法是光线追迹和波前传播分析。

光线追迹是通过模拟光线的传播路径来分析光学系统。

Matlab提供了raytrace函数，可以实现光线追迹的模拟。

通过调整光线的发射角度和位置，我们可以研究光线在系统中的传播路径和成像效果。

波前传播分析是通过模拟波的传播来分析光学系统。

Matlab提供了fft函数和光学传输函数等工具，用于模拟波的传播和成像效果。

通过调整波的频率和振幅，我们可以研究波在系统中的传播和衍射效果。

第三部分：光学系统设计光学系统设计是根据特定需求来选择合适的光学元件并确定其位置和参数的过程。

Matlab提供了优化算法和优化函数，帮助我们实现光学系统设计。

在光学系统设计中，我们可以根据需求选择合适的透镜、反射镜、滤波器等元件，并利用优化算法来确定它们的位置和参数。

Matlab提供了fmincon和fminsearch等函数，可以帮助我们进行优化，并找到最佳的元件配置。

ZEMAX光学设计软件操作说明详解_光学设计

ZEMAX光学设计软件操作说明详解_光学设计.txt9母爱是一滴甘露，亲吻干涸的泥土，它用细雨的温情，用钻石的坚毅，期待着闪着碎光的泥土的肥沃；母爱不是人生中的一个凝固点，而是一条流动的河，这条河造就了我们生命中美丽的情感之景。

ZEMAX光学设计软件操作说明详解介绍这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。

ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的，但是还是有一些重要的不同点。

活动结构活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。

详见“多重结构”这一章。

角放大率像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比，角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。

切迹切迹指系统入瞳处照明的均匀性。

默认情况下，入瞳处是照明均匀的。

然而，有时入瞳需要不均匀的照明。

为此，ZEMAX支持入瞳切迹，也就是入瞳振幅的变化。

有三种类型的切迹：均匀分布，高斯型分布和切线分布。

对每一种分布（均匀分布除外），切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。

在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。

ZEMAX也支持用户定义切迹类型。

这可以用于任意表面。

表面的切迹不同于入瞳切迹，因为表面不需要放置在入瞳处。

对于表面切迹的更多信息，请参看“表面类型”这一章的“用户定义表面”这节。

后焦距ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离。

如果没有玻璃面，后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。

基面基面（又称叫基点）指一些特殊的共轭位置，这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。

基面包括主面，对应的物像面垂轴放大率为＋1；负主面，垂轴放大率为－1；节平面，对应于角放大率为+1；负节平面，角放大率为－1；焦平面，象空间焦平面放大率为0，物空间焦平面放大率为无穷大。

除焦平面外，所有的基面都对应一对共轭面。

比如，像空间主面与物空间主面相共轭，等等。

如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同，那么节面与主面重合。

matlab-optic

∇2E
−
ε0μ0
∂2 E ∂t 2
=
∇
⎛ ⎜ ⎝
ρ ε0
⎞ ⎟ ⎠
+
μ0
∂J ∂t
(1.14)
需要指出的是，上式中没有考虑到介质的极化。弱考虑到介质的极化和实际一般光学问题中
自由电荷为零的条件，上式修正为：
∇2E − ε0μ0
∂2 E ∂t 2
=
μ0
∂J free ∂t
+ μ0
∂2P ∂t 2
−
1 ε0
∇×
B μ0
−
ε0
∂E ∂t
=
J
(Maxwell 修正的安培定律)
(1.4)
式中， E 和 B 分别代表了电场和磁场分量。电荷密度 ρ 描述路径空间单位体积内的电荷量
分布；电流 J 描述电荷的移动(单位电荷乘以速度)。 ε0 表示真空介电常数，其值为 ε0 = 8.854 ×10−12C 2 / N ·m 2 。μ0 表示真空磁导率常数，其值为 μ0 = 4π×10−7T ·m / A（或者 kg·m /C 2 ）。
2
wz=w0*sqrt(1+(lambda*pz/pi/w0ˆ2).ˆ2); Iopt=w0ˆ2./wz.ˆ2.*exp(-2*py.ˆ2./wz.ˆ2); surf(pz,py,Iopt); shading interp; xlabel(’位置 /mm’);
ylabel(’位置 /mm’);
zlabel(’相对强度 /a.u.’);
在安培定律中引入了一个关键参数之后，Maxwell 意识到，方程组构成了一个完美的电
磁现象自洽理论。此外，方程组预言了电磁波的存在，并以光速传播。在 Maxwell 时代之

zemax手把手教程

附：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（Spotdiagram），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。

L DE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。

ZeMax Matlab使用方法

ZEMAX Users' Knowledge Base - /kbHow to Talk to ZEMAX from MatLab/kb/articles/82/1/How-to-Talk-to-ZEMAX-from-MatLabBy Derek GriffithPublished on 01/3/2006This article describes:®z How to set up a communication link between ZEMAX and MatLabz How to use the ZEMAX DDE Toolbox for MatLabz Common problems and how to solve themZEMAX and Matlab : A Powerful PairZEMAX features a built-in DDE (Dynamic Data Exchange) server that allows other Windows® applications access to ZEMAX functions. Programming DDE applications can be somewhat complex if you are working in a compiled language such as C++. An alternative is to use one of the scripting languages such as Tcl, Python or Matlab. Matlab is a great choice since it is much more than a scripting language. Matlab provides a wealth of functions for processing and visualizing scientific and engineering data and there are toolboxes for Matlab that extend the basic capabilities into a wide variety of more specialized areas and disciplines.What Is DDE?DDE is a facility and a protocol provided by Windows to allow applications to communicate.There are a few modes of DDE interaction, the simplest being the exchange of text strings of data. One of the applications must set itself up as a server. ZEMAX is the DDE server in this case, so you don't have to do anything except start ZEMAX. Once you have started ZEMAX, the DDE server is ready and waiting for a client to connect and make requests for services. The client application in this case is Matlab.Accessing ZEMAX from MatLabIf you look in the ZEMAX manual in the chapter on "ZEMAX Extensions" in the section called "The Data Items", you will see the various request strings you can send to ZEMAX from Matlab (or from other DDE clients). The manual also documents the reply that ZEMAX will send back to the client application. The requests can be for ZEMAX to perform a particular function or computation, or simply to send back data on the lens currently stored in the ZEMAX DDE server.Now here is an important point to note. ZEMAX always maintains a separate copy of the lens data in the DDE server memory to that available to the user in the ZEMAX Lens Data Editor (LDE). This is a very good policy, since you don't want some DDE client coming in unexpectedly and altering your lens data. There are functions that explicitly copy the lens in the LDE to the DDE server or the other way around. The PushLens item instructs ZEMAX to copy the lens data in the ZEMAX DDE server into the LDE, and the GetRefresh item will copy the lens data in the LDE into the DDE server. As you develop your application in Matlab, it is important to keep track of your data and take care how you use the PushLens and GetRefresh items.From the ZEMAX Preferences dialog, you have control over whether extensions (Matlab in this case) are allowed to tell ZEMAX to push lens data from the DDE server into the LDE. Go to the Editors tab on the Preferences dialog and look for a check box labeled "Allow Extensions to Push Lenses".Matlab has a few basic functions for performing DDE client operations. They include the following.ddeinit - This function is used to initiate a DDE conversationddereq - Used to request data from the DDE serverddeterm - Terminates the DDE linkThe basic sequence for accessing ZEMAX from Matlab is1) Start ZEMAX and Matlab.2) Initiate the DDE link from Matlab using the ddeinit function.3) Send requests and obtain replies from ZEMAX using the ddereq function.4) Terminate the link to ZEMAX using the ddeterm function.The ddereq function is used in the text mode, that is, you send data to ZEMAX in the form of a text string and the answer is returned in the form of another string. To get the strings into object classes that are more useful in Matlab (floats, doubles, integers etc.) you will use the sscanf function or other functions for string data conversion e.g. str2num.The ZEMAX DDE Toolbox for MatlabYou can save yourself some effort by downloading the ZEMAX DDE toolbox from the Mathworks Central File Exchange. This toolbox is open source under the GPL and implements a Matlab function for each of the data items documented in the ZEMAX manual in the chapter on ZEMAX Extensions. The corresponding Matlab function in the toolbox has the same name as the data item, but prefixed with "z". To get started, perform the following steps.1.Download the toolbox archive (.zip file).2.Unzip the archive to a sub-directory called MZDDE anywhere on your local disk.3.Start ZEMAX and Matlab.4.Add the directory MZDDE to your Matlab path to enable Matlab to find the new functions (go to theFile menu and select Set Path ...)5.If you type help mzdde at the Matlab prompt, you should get a list of all the functions in the toolboxand a short description of each function. If so, you are ready to use the toolbox.e the function zDDEInit to open the DDE link to ZEMAX. This step is important. If you don't dothis before trying to execute other calls in the toolbox, Matlab will issue a verbose error message suggesting that something terrible has happened and that you should contact the Mathworkstechnical support staff. If this happens, just ignore the error and make the call to zDDEInit.7.Call other functions in the toolbox as required, making judicious use of zPushLens and zGetRefreshif you need to interact with the ZEMAX user interface. Of course, you can call the functions from the Matlab command line, or incorporate them into your Matlab functions and scripts.8.Finish off by calling zDDEClose. This is not important in most cases, and you can just terminateMatlab and ZEMAX without closing the DDE link.Note that the toolbox function names are capitalized for readability. Matlab function names are case insensitive under Windows?, so that zddeinit is equivalent to zDDEInit. This is convenient at the Matlab command line, but the capitalization helps for readability in functions and scripts. The source code for all of the functions is available for modification and reuse, and you can examine the source to see how the basic Matlab DDE calls are used.TimeoutsEvery DDE call made by Matlab to ZEMAX is subject to a timeout limit. The default is set in the zDDEInit function to 3 seconds. That is, if ZEMAX does not respond to the DDE request within 3 seconds, the Matlab call will return empty-handed. You will want to increase the timeout limit if you are calling on ZEMAX to do time-consuming computations. This can be done using the zSetTimeout function call.ExampleHere is a simple example of an interaction with ZEMAX at the Matlab prompt. Having started ZEMAX in the usual way, enter the following commands in Matlab.>> zddeinitans =>> zLoadFile('C:/ZEMAX/Samples/Sequential/Objectives/Cooke 40 degree field.zmx')ans =>> zpushlens(1)ans =>> [x, y] = SpiralSpot(0.4, 0, 1, 10, 10000);>> plot(x,y)You should get a plot something like this ...Firstly the DDE link was initialized and the result of 0 indicated success, then ZEMAX was asked to load a lens into the DDE server with the zLoadFile function call. Now, a pretty way of representing a spot diagram is to trace a spiral of rays through the lens pupil and to plot the ray intercepts at the image plane. This is implemented in a toolbox function called SpiralSpot. Get help for the function by typing help spiralspot at the Matlab prompt. Because SpiralSpot acts on the lens in the LDE by starting out with a zGetRefresh, it is necessary to perform a zPushLens before calling SpiralSpot. A timeout of 1 second was specified for zPushLens to complete in this case.Note that in this example you would get the same result if you had loaded the same lens into ZEMAX from the ZEMAX File menu rather than using the zLoadFile call.Tracing Large Numbers of RaysThe standard text mode of the DDE call is adequate for many purposes, but not when large amounts of data have to be exchanged between the client and the server. This situation arises when you need to trace a large number of rays.Instead of tracing the rays one at a time, an array containing a list of all the rays to be traced is created, and then the entire array is passed to ZEMAX at one time. ZEMAX then traces all the rays, and passes the entire array back to the client. Rather than transferring all this data over DDE, a pointer to the location inmemory of the array is passed instead. This eliminates the bottlenexck of DDE communication whentracing large numbers of rays.Unfortunately, at the time of writing the toolbox, Matlab did not allow DDE modes other than text. To circumvent this problem, it was necessary to write some C code in mex (Matlab executable) format. The resulting .dll is called zArrayTrace.Type help zArrayTrace to get more information on bulk ray tracing. It will also be useful to consult the corresponding section in the ZEMAX manual. To help set up the ray input data for zArrayTrace mode 0, there is a function called genRayDataMode0.Compiling Standalone ZEMAX Extensions written in MatlabIf you have the Matlab compiler, it is possible to compile your Matlab scripts written using the toolbox to standalone extensions that can be run from the ZEMAX Extensions menu. There are a few traps that must be avoided when attempting this.Firstly, there are a few Matlab functions that cannot be compiled, and you will have to think of workarounds for such functions (fortunately not many).Secondly, while your standalone extension should run fine on a machine on which Matlab is installed, it will not run on a machine that does not have the Matlab runtime libraries. You must therefore package your extension together with the Matlab runtime libraries to make it fully portable. Mathworks makes this easier by packaging most of the required runtime libraries in a self-extracting archive called mglinstaller.exe (typically found in C:/MATLAB/extern/lib/win32 or thereabouts).The final trap is that the regular Matlab runtime libraries do not contain the code for the DDE functions mentioned above. These .dll files can be found by searching your Matlab installation for files matchingdde*.dll (typically C:/MATLAB/Toolbox/matlab/winfun or thereabouts). The runtime libraries, including the DDE libraries, must be installed to a directory that is on the Windows search path.Things to Remember when using the Toolbox1) Your first call after starting up ZEMAX and Matlab must be to zDDEInit.2) Timeouts can be a problem. Increase the DDE timeout limit using zSetTimeout if necessary.3) ZEMAX has two copies of the lens data, one displayed in the Lens Data Editor, and the other stored in the DDE server. Your can copy the one to the other using the zPushLens and zGetRefresh functions. zPushLens always requires a single parameter giving the timeout in seconds.4) zPushLens will only work if you have granted ZEMAX extensions permission to push lenses by checking the box on the Editors tab of the ZEMAX Preferences dialog.。

用 MATLAB 连结 Zemax OpticStudio 之二：常见语法问题

摘要：此系列文章共有三篇。

第一篇中，我們會示範如何利用MATLAB連結ZOS-API，並說明相關操作重點。

第二篇中，我們會重點提示撰寫時，幾個常見語法問題。

第三篇中，我們提供幾個有用的範例碼，說明幾個常見應用如何撰寫。

發布時間：March 17, 2017簡介關於ZOS-API本身，請參考知識庫內另一篇「簡介」。

MATLAB在透過ZOS-API連結OpticStudio時，主要有兩種模式：Standalone (獨立運作) 以及Interactive Extension (互動擴展)。

使用Standalone模式運作時，MATLAB會以背景模式連結到OpticStudio，然後所有動作都在Windows背後進行，過程中不會看到OpticStudio主視窗開啟。

反之，使用Interactive Extension模式運作時，必須先開啟OpticStudio，然後使用者需要先在OpticStudio開放連結，讓MATLAB能夠順利接入並控制，控制過程中OpticStudio不能手動操作，直到使用者手動在OpticStudio取消互動模式，取回控制權。

此文章為第二篇，說明一些語法要點。

關於連線的方法，請看第一篇。

變數宣告在MATLAB中，不需要宣告變數，因此語法很簡潔，可以像下面這樣寫。

lde1 = TheSystem.LDE;列舉型態在OpticStudio中設定資料時，有些是純數值，像是LDE中的半徑、厚度等。

有一些則是有限選項，例如視場型態(Field Type) 或是系統孔徑(System Aperture)，這選項在UI中大部分都是以下拉式選單方式存在。

這種有限選項的參數設定，一般我們採用列舉來設定，比起用0、1、2、3… 來代表很一個選項，然後查表撰寫程式碼。

以下是一個設定系統孔徑(System Aperture) 的範例：TheSystem.SystemData.Aperture.ApertureType = ZOSAPI.SystemData.ZemaxApertureType.EntrancePupilDiameter;上面範例中的ZemaxApertureType即可以在Interface Document中找到定義，這種列舉的表示更直觀，撰寫時不易出錯，也讓程式碼更有可讀性。

【精品】zemax基本介绍和操作

重庆大学 - 光学CAD
对话框（Dialogs）
固定大小，在过程中跳出来的视窗（鼠标拖曳不能改变大小）用于定义或更新视场（Fields）、波长（Wavelengths）、孔径（Apertures）、面型（Surface types）等。
重庆大学 - 光学CAD
多视窗同时显示
重庆大学 - 光学CAD
重庆大学 - 光பைடு நூலகம்CAD
Non-sequential
以object为对象建模不限制光线和相交的顺序光线与同一面或物可多次相交光线会分裂镜面反射和漫反射可以是全反射在object外的光线也进行追迹 object的位置由全局坐标确定所有空间是等价的分析的光线多，计算速度慢不能做优化和公差分析
执行已经编译好的宏程序。宏程序的编程过程：（1）使用一般的文本编辑器或使用 ZEMAX自身的编辑功能创建扩展名为“*.ZPL”文件，该文件置于ZEMAX目录下的 Macros目录中；（2）使用ZEMAX提供的命名或函数库进行程序编写；（3）用 Macros菜单下的“Run/Edit Zpl Macros…”执行宏程序。宏程序可以提取光线追迹数据、像质指标等，可以定义新的优化设计用的操作符。执行时，宏程序作用的对象是当前显示的镜头系统。
报告（Report）
形成镜头设计结果的报告，可以作为每一个光学面的形成报告（Surface data）；也能为镜头系统形成高斯参数或光学特性参数的报告（System data）；还可以给出设计结果的详细数据报告（Prescription data）。
重庆大学 - 光学CAD
菜单栏
宏编程（Macros）
RMS半径
RMS半径：先把每条光线和参考点之间的距离的平方，求出所有光线的平均值，然后取平方根

Matlab数字衍射光学实验讲义(一)

5
2015 级光电工程专业综合实验-信息光学专题实验
imagesc(z) figure(2) mesh(z) %%---------------------matlab 代码-------------------------
改变参数 a，b 的取值，观察模拟结果变化。 4）第一类贝塞尔函数 besselj（v,z）
1. 实验目的:
掌握基本的 Matlab 编程语言，了解其编程特点；模拟几种常用函数，了解其编程过程及图像显示命令函数，掌握 Matlab 画图方法；通过设计制作一系列光学研究物体掌握其编程方法；掌握光波的 matlab 编程原理及方法，初步了解 Matlab
2
2015 级光电工程专业综合实验-信息光学专题实验
4

2015 级光电工程专业综合实验-信息光学专题实验
figure(4) surfl(x,y,z)%三维 %%---------------------matlab 代码-------------------------
改变变量 a，b 观察模拟图像变化。
x 2 x 3）高斯函数：一维高斯函数 Gauss exp a a
二维高斯函数： sinc
x y x y , sinc sinc ，a，b 为正数。 a b a b
2 2 x y x y x y Gauss , Gauss Gauss exp a b a b a b
二维 sinc 函数： sinc
x y x y , sinc sinc ，a，b 为正数。 a b a b
%%---------------------matlab 代码------------------------clear %清除内存 close all %关闭所有窗口 [x,y] = meshgrid(-2:.05:2, -2:.05:2); %设置二维网格 z=sinc(x).*sinc(y); %sinc 函数 figure(1) imshow(z) %二维灰度图 figure(2) imagesc(z) %二维彩色 figure(3) mesh(z)%三维

光纤通信optisystem实验

光纤通信Zemax、optisystem实验程佑梁实验一Zemax仿真设计实验目的1．熟悉Zemax实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光学系统。

2．利用Zeamx的优化功能设计光学系统并使其系统的各项性能参数达到最优。

实验原理启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化，即分为以下两个部分。

1、lens data editor首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。

然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。

现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。

在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。

再来我们要决定透镜的孔径有多大。

既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。

所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。

于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。

利用matlab模拟光纤传光知识讲解

利用m a t l a b模拟光纤传光目录摘要 (1)1 对光纤的认识 (1)1.1光纤传输原理 (2)1.2光纤材料 (2)1.3光纤分类 (2)1.4光纤传输过程 (3)1.5光纤传输特性 (4)1.6光纤发展历史 (4)1.7光纤应用 (5)2 光纤传光理论分析 (6)2.1 光在均匀介质中的反射与折射特性 (7)2.2 光的全反射 (7)2.3光纤中光波的传播原理及导光条件 (8)2.3.1 单模光纤中光的传播 (9)2.3.2 多模阶跃折射率光纤中光的传输 (9)2.3.3 多模梯度折射率光纤中光的传输 (10)3 matlab模拟传光 (10)3.1 模拟光在单模光纤中的传播 (11)收集于网络，如有侵权请联系管理员删除3.2模拟光在多模阶跃折射率光纤中传播 (11)3.3 模拟光在梯度折射率光纤中传播 (14)4 结论分析 (15)5 设计总结 (16)参考文献 (17)收集于网络，如有侵权请联系管理员删除利用matlab模拟光纤传光摘要本文主要以阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤、阶跃型单模光纤为研究对象，通过对光纤传光路径分析，加深对光纤的认识；深入理解光纤的传光原理；掌握光纤的传输条件，应用几何光学理论主要研究光波在光纤内的传输，分别对单模光纤中光的传输，多模阶跃折射率光纤、多模渐变折射率光纤中光的传输情况进行了研究，并对它们具体的传播路径用matlab软件进行了模拟。

关键词光纤 matlab 模拟传光1 对光纤的认识1.1光纤传输原理光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。

光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介，是一条以玻璃或塑胶纤维作为让讯息通过的传输媒介。

光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。

一般是由纤芯、收集于网络，如有侵权请联系管理员删除包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。

使用MATLAB进行光通信系统设计与性能分析

使用MATLAB进行光通信系统设计与性能分析光通信作为一种高速、宽带、无线干扰、节能环保的通信方式，广泛应用于许多领域，如光纤通信、无线通信、卫星通信等。

在光通信系统的设计和性能分析中，MATLAB是一款非常实用且强大的工具。

本文将介绍如何使用MATLAB进行光通信系统的设计和性能分析。

一、光通信系统设计光通信系统主要由光发射器、传输介质和光接收器三个部分组成。

在设计光通信系统之前，我们首先需要了解每个部分的特性和参数，并合理的进行选择和配置。

1. 光发射器设计光发射器是将电信号转换为光信号的关键装置。

选择适当的光发射器对光通信系统的性能至关重要。

MATLAB提供了丰富的工具箱和函数，可用于光发射器的设计和性能分析。

例如，我们可以使用MATLAB的光子学工具箱（Photonics Toolbox）中的函数来模拟和优化光发射器的工作参数。

这些函数可以帮助我们计算光发射器的发射功率、发射频率、调制深度等参数，从而达到设计要求。

2. 传输介质设计传输介质是光信号传输的通道，通常是光纤。

在设计传输介质时，我们需要考虑信号传输的损耗、衰减、色散等因素。

MATLAB提供了光纤传输器件建模工具箱（Optical Fiber Communication Toolbox），能够帮助我们分析和优化传输介质的性能。

通过MATLAB的光纤传输器件建模工具箱，我们可以计算光纤中的信号衰减和色散程度，并针对不同的传输介质参数进行优化，以提高信号传输的质量和速率。

3. 光接收器设计光接收器是将光信号转换为电信号的部分。

在设计光接收器时，我们需要考虑灵敏度、抗干扰性等因素。

使用MATLAB的通信系统工具箱（Communications System Toolbox），我们可以很方便地进行光接收器的建模和性能分析。

通过通信系统工具箱，我们可以计算光接收器的灵敏度和误码率等指标，并根据设计要求进行参数调整，以提高光接收器的性能。

二、光通信系统性能分析在光通信系统的性能分析中，我们通常关注的指标包括误码率、信噪比、带宽等。

zemax的基本操作流程

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MATLAB编程用两种方法模拟光学实验

MATLAB编程用两种方法模拟光学实验03级物理一班李超PB03203017摘要：利用MATLAB软件编程实现了用衍射积分的方法对单缝衍射、杨氏双缝干涉、黑白光栅衍射的计算机模拟；以及用傅立叶变换方法对简单孔径衍射、黑白光栅及正弦光栅夫琅和费衍射的模拟。

关键词：MATLAB；衍射积分；傅立叶变换；计算机模拟引言：美国Mathworks公司推出的MA TLAB，是一种集数值计算、符号预算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体的优秀图形化软件。

本文介绍了通过MA TLAB软件编程实现用衍射积分和傅立叶变换实现夫琅和费衍射计算机模拟的方法。

计算机模拟为衍射实验的验证提供一条简捷、直观的途径。

从而加深了对物理原理、概念和图像的理解。

正文：大学教学课程中引入计算机模拟技术正日益受到重视，与Basic、C和Fortran相比，用MA TLAB软件做光学试验的模拟，只需要用数学方式表达和描述，省去了大量繁琐的编程过程。

下面来介绍利用MATLAB进行光学模拟的两种方法。

（一）衍射积分方法：该方法首先是由衍射积分算出接收屏上的光强分布，然后根据该分布调制色彩作图，从而得到衍射图案。

1．单缝衍射。

把单缝看作是np个分立的相干光源，屏幕上任意一点复振幅为np个光源照射结果的合成，对每个光源，光程差Δ=ypsinΦ,sinΦ=ys/D,光强I=I0(Σcosα)2+(Σsinα)2，其中α=2Δ/λ=πypys/λD编写程序如下，得到图1lam=500e-9;a=1e-3;D=1;ym=3*lam*D/a;ny=51;ys=linspace(-ym,ym,ny);np=51;yp=linspace(0,a,np);for i=1:nysinphi=ys(i)/D;alpha=2*pi*yp*sinphi/lam;图1 单缝衍射的光强分布 sumcos=sum(cos(alpha));sumsin=sum(sin(alpha));B(i,:)=(sumcos^2+sumsin^2)/np^2;endN=255;Br=(B/max(B))*N;subplot(1,2,1) image(ym,ys,Br); colormap(gray(N)); subplot(1,2,2) plot(B,ys); 2．杨氏双缝干涉两相干光源到接收屏上P 点距离r 1=(D 2+(y-a/2)2)1/2, r 2=(D 2+(y+a/2)2)1/2,相位差Φ=2π（r 2-r 1）/λ,光强I=4I 0cos 2（Φ/2）编写程序如下，得到图2 clear lam=500e-9 a=2e-3;D=1;ym=5*lam*D/a;xs=ym;n=101;ys=linspace(-ym,ym,n); for i=1:nr1=sqrt((ys(i)-a/2).^2+D^2); r2=sqrt((ys(i)+a/2).^2+D^2); phi=2*pi*(r2-r1)./lam;B(i,:)=sum(4*cos(phi/2).^2); end N=255;Br=(B/4.0)*Nsubplot(1,2,1) image(xs,ys,Br); colormap(gray(N)); subplot(1,2,2) plot(B,ys) 3．光栅衍射公式：I=I 0（sin α/α）2（sin(λβ)/sin β）2α=(πa/λ)sin Φ β=(πd/λ)sin Φ编写程序如下：得到图3clearlam=500e-9;N=2; a=2e-4;D=5;d=5*a; ym=2*lam*D/a;xs=ym; n=1001;ys=linspace(-ym,ym,n); for i=1:nsinphi=ys(i)/D;alpha=pi*a*sinphi/lam; beta=pi*d*sinphi/lam;B(i,:)=(sin(alpha)./alpha).^2.*(sin(N*beta)./sin(beta)).^2;B1=B/max(B);图2 杨氏双缝干涉的光强分布图3 黑白光栅衍射光强分布end NC=255;Br=(B/max(B))*NC; subplot(1,2,1) image(xs,ys,Br); colormap(gray(NC)); subplot(1,2,2) plot(B1,ys);（二）傅立叶变换方法：在傅立叶变换光学中我们知道夫琅和费衍射场的强度分布就等于屏函数的功率谱。

Zemax与Matlab动态数据交换及其应用研究

Ｚｍａｅｘ与Ｍａｌｂ动态数据交换及其应用研究ｔａ
张文静，刘文广，刘泽金
（防科学技术大学光电科学与工程学院，湖南长沙４０７）国１０３
摘要：为了将Ｚｍａｅｘ的光学系统设计和分析功能与Ｍａｌｂ强大的矩阵计算和数据分析功能ｔａ
维普资讯 http://www.源自第２卷第４期９２００８年７月
应用光学
ＪｕｎｌｏｐｉｄＯｐｉｓｏｒａｆＡｐｌｔｅｃ
Ｖｏ１２９Ｎｏ．４．
Ｊ１２０ｕ．０８
文章编号：０２２８（０８０ — ５３０１０ —０２２０）４０５ —４
很好地结合起来，Ｍａｌｂ和Ｚｍａ对ｔａｅｘ的ＤＤＥ（ｙａｃａａｅｃａｇ动态数据交换）信技术进ｄｎｍｉｄｔｘｈｎｅ通
行了研究，并将其应用于计算机辅助调腔技术的数值模拟过程中。通过动态数据交换完成Ｍａｌｂｔａ对Ｚｍａｅｘ的控制，实现了二者之间的数据传递，即在Ｍａｌｂ的控制下，ｔａ实现对光学系统结构的改
ｃｍｍｕｉａｉｎｔｃｎｑｅｆＤＤＥ（ｙａｃａａｘｈｎｅｂｔｅｔｅｗｏｏｔｒｓｏｎｃｔｏｅｈｉｕｏｄｎｍｉｄｔｅｃａｇ）ｅｗｅｎｈｔｓｆｗａｅｗａｓ

ZEMAX与MATLAB接口技术

ZEMAX and Matlab:A Powerful Pair ZEMAX features a built-in DDE(Dynamic Data Exchange)server that allows other Windows®applications access to ZEMAX functions. Programming DDE applications can be somewhat complex if you are working in a compiled language such as C++.An alternative is to use one of the scripting languages such as Tcl,Python or Matlab. Matlab is a great choice since it is much more than a scripting language.Matlab provides a wealth of functions for processing and visualizing scientific and engineering data and there are toolboxes for Matlab that extend the basic capabilities into a wide variety of more specialized areas and disciplines. What Is DDE?DDE is a facility and a protocol provided by Windows to allow applications to communicate. There are a few modes of DDE interaction,the simplest being the exchange of text strings of data. One of the applications must set itself up as a server.ZEMAX is the DDE server in this case,so you don't have to do anything except start ZEMAX. Once you have started ZEMAX,the DDE server is ready and waiting for a client to connect and make requests for services.The client application in this case is Matlab.Accessing ZEMAX from MatLabIf you look in the ZEMAX manual in the chapter on "ZEMAX Extensions"in the section called"The Data Items",you will see the various request strings you can send to ZEMAX from Matlab(or from other DDE clients).The manual also documents the reply that ZEMAX will send back to the client application.The requests can be for ZEMAX to perform a particular function or computation,or simply to send back data on the lens currently stored in the ZEMAX DDE server.Now here is an important point to note.ZEMAX always maintains a separate copy of the lens data ZEMAX软件和Matlab：一个强大的配对ZEMAX的功能，内置的DDE（动态数据交换）服务器，它允许其他Windows应用程序访问ZEMAX的功能。

如何在ZEMAX和MATLAB之间通信

如何在ZEMAX和MATLAB之间通信原作：Derek Griffith本文内容：1如何在MATLAB和ZEMAX中设置通信链接2如何为MATLAB设置ZEMAX DDE 工具箱3常见问题及解答Zemax and Matlab : 强大的配对Zemax具有内置的DDE（动态数据交换）服务器，因而允许其他的windows程序和zemax 函数之间建立链接。

如果你用譬如C++之类的编程语言来编写一个zemax DDE应用，那将是一件非常复杂的事情。

另一种选择是选择一种脚本语言，比如说tcl,python和matlab。

Matlab 是不错的选择，因为它有大量的处理和可视化科学与工程数据的函数。

Matlab也有工具箱在一些更加专业和学科性的领域来扩展它的能力。

那么，什么是DDE?DDE是windows的一种协议来允许不同应用之间的通信。

DDE通信有一些模式，最简单的就是数据串之间的交换。

两个应用中的一个必须把自己设置为服务器。

Zemax此时就是服务器，所以你要做的事情就是打开zemax。

你一旦启动了zemax，dde服务器就已经就绪并等待客户机来连接和请求服务。

此时的客户机就是matlab。

从matlab连接到zemax如果你查阅zemax手册中的“Zemax Extensions”章中的The Data Items部分，你会看到许多不同的你可以用matlab（或者其他的客户机）发送到zemax的请求命令。

手册里还记录了zemax会返回给客户机的回复信息。

这些请求可能是为了让zemax运行一个特别的函数或者计算，挥着仅仅是为了发送当前存储在zemax DDE服务器上的透镜数据。

有一点需要注明。

Zemax总会将存在DDE服务器中的透镜数据复制一份给zemax的LDE 用户。

这个方法很不错，因为你不会希望一些DDE客户机未经预料的进入zemax并改变了你的透镜数据。

有一些函数能直接把LDE中的透镜数据复制到DDE服务器中或者反过来也可。

optics聚类算法matlab -回复

optics聚类算法matlab -回复Optics聚类算法在Matlab中的应用引言：聚类是一种常见的数据挖掘技术，它将数据集中的对象分为不同的组或簇。

聚类算法在各个领域都得到了广泛的应用，例如图像分析、生物信息学、市场分析等。

Optics聚类算法是一种基于密度的聚类算法，可以自动发现数据中的群集和异常值。

Matlab作为一种强大的编程语言和数据分析工具，提供了许多用于聚类分析的函数和库。

本文将介绍Optics聚类算法在Matlab中的实现步骤。

一、Optics聚类算法简介Optics聚类算法是一种基于密度的聚类算法，其全称为Ordering Points To Identify the Clustering Structure。

它通过计算数据点之间的距离和密度来确定聚类结构。

Optics算法的优势在于可以识别出不同的密度级别，以及具有不同噪声水平的聚类。

相比于传统的聚类算法，例如K-means和DBSCAN，Optics算法更加灵活和自适应。

二、Matlab中的Optics聚类算法库Matlab提供了丰富的函数和工具箱，可以简化Optics聚类算法的实现过程。

其中最常用的是Statistics and Machine Learning Toolbox。

这个工具箱中包含了许多聚类分析的函数，包括Optics算法。

我们可以使用Matlab中的函数来读取数据、计算距离和密度，并对数据进行聚类。

三、使用Matlab实现Optics聚类算法1. 数据准备和预处理首先，我们需要准备好要进行聚类分析的数据。

数据可以是一个矩阵，每一行代表一个数据点的特征。

在使用Optics算法之前，我们还需要对数据进行预处理。

常见的预处理操作包括数据缩放、特征选择和缺失值处理。

2. 计算距离和密度在执行Optics算法之前，我们需要计算数据点之间的距离和密度。

Matlab 提供了pdist函数用于计算距离矩阵，可以根据具体需求选择不同的距离度量方法，例如欧氏距离、曼哈顿距离或余弦距离。

Zemax与Matlab动态数据交换及其应用研究

文章编号:100222082(2008)0420553204Zem ax 与M atlab 动态数据交换及其应用研究张文静,刘文广,刘泽金(国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南长沙410073)摘　要:　为了将Zem ax 的光学系统设计和分析功能与M atlab 强大的矩阵计算和数据分析功能很好地结合起来,对M atlab 和Zem ax 的DD E (dynam ic data exchange 动态数据交换)通信技术进行了研究,并将其应用于计算机辅助调腔技术的数值模拟过程中。

通过动态数据交换完成M atlab 对Zem ax 的控制,实现了二者之间的数据传递,即在M atlab 的控制下,实现对光学系统结构的改变,并获取输出光束的Zern ike 多项式系数值,从而大大方便后续数据处理工作。

同理,其逆过程可以将计算得到的结果反馈到光学系统中,用于系统优化。

二者的动态数据交换技术可提高研究过程中数据的可靠性和工作效率。

关键词:　计算机辅助设计;Zem ax 软件;M atlab 软件;动态数据交换;光学设计中图分类号:TN 919.6;T P 319 文献标志码:AD ynam ic da ta exchange between Zemax and M a tlabZHAN G W en 2jing ,L I U W en 2guang ,L I U Ze 2jin(Co llege of Op toelectric Science and Engineering ,N ati onal U niversityof D efense T echno logy ,Changsha 410073,Ch ina )Abstract :In o rder to successfu lly com b ine Zem ax ′s functi on s of the op tical system design and analysis w ith M atlab ′s pow erfu l ab ility on the m atrix calcu lati on and data analysis ,thecomm un icati on techn ique of DD E (dynam ic data exchange )betw een the tw o softw ares w as researched and app lied to the num eric si m u lati on p rocess of the com p u ter 2aided resonato r alignm en t .T he con tro l of M atlab to Zem ax w as i m p lem en ted th rough DD E and the datatran s m issi on betw een the tw o softw ares w as realyzed .In o ther w o rds ,under the can tro l ofM atlab ,the structu re of the op tical system can be rectified ,and it is easy to get a series of values of Zern ike po lynom ial coefficien ts of the ou tp u t beam .So it is conven ien t fo r thefo llow ing data p rocess .In the sam e w ay ,the calcu lati on resu lts can be sen t to Zem ax as afeedback of the op tical system op ti m izati on .D ata reliab ility and w o rk efficiency can be i m p roved in th is w ay .DD E techn ique betw een Zem ax and M atlab is very helpfu l in the field of op tical system design and op ti m izati on .Key words :com pu ter 2aided design ;Zem ax ;M atlab ;dynam ic data exchange ;op tical design引言近年来,很多单位引进了Zem ax 软件,它是美国Focu s Softw are 公司推出的一个综合性光学设计软件。

opticsmatlab实现

opticsmatlab实现关于optics算法的⼀些基本概念，在此⼀⼀忽略。

先求得所有节点的核⼼距离，⽤cd矩阵表⽰；然后对每个节点进⾏处理，这个时候不需要考虑该节点是不是核⼼对象，按顺序取节点，如果该拓展点是核⼼对象，处理该节点，然后更新其他所有节点的可达距离。

这个时候该核⼼对象的邻居节点求得的可达距离肯定是⽐较⼩的，所以优先处理这些邻居节点，最后得到的排序结果也是紧挨着的；处理完所有的邻居节点，这个时候，那就是得到了相对来说离这团数据很近的⼀个节点，其实，这个相当于还是盲取，这个本⾝就是要在剩下的节点中随机去⼀个数据，所以，都关系不⼤啦，然后得到该节点的邻居直到处理完所有的节点。

如果当前节点不是核⼼对象，那么还是任意取值。

反正就是要把所有的节点处理完，所以影响不⼤。

如果处理的节点不是某⼀团数据的⼀个边缘值，那么总能处理到该团数据的核⼼值，这样也能改变其他未被处理过的对象的可达距离，他们最终还是⼀类；最后得到RD矩阵，就是可达距离，⽽输出序列就是order矩阵。

根据order矩阵得到输出序列，然后rd矩阵对应可达距离，这样即可得到如下图：关于上图的解释：每⼀个凹槽对应于⼀个聚类结果，因为核⼼对象的可达距离肯定很⼤，对吧，⽽在⼀个聚类簇中，其他对象到该核⼼对象的距离肯定很⼩，所以，每⼀个凹槽的开始就是⼀个新的聚类的开始。

代码如下：% -------------------------------------------------------------------------% Function:% [RD,CD,order]=optics(x,k)% -------------------------------------------------------------------------% Aim:% Ordering objects of a data set to obtain the clustering structure% -------------------------------------------------------------------------% Input:% x - data set (m,n); m-objects, n-variables% k - number of objects in a neighborhood of the selected object% (minimal number of objects considered as a cluster)% -------------------------------------------------------------------------% Output:% RD - vector with reachability distances (m,1)% CD - vector with core distances (m,1)% order - vector specifying the order of objects (1,m)% -------------------------------------------------------------------------% Example of use:% x=[randn(30,2)*.4;randn(40,2)*.5+ones(40,1)*[4 4]];% [RD,CD,order]=optics(x,4)% -------------------------------------------------------------------------%function [RD,CD,order]=optics(x,k)[m,n]=size(x);CD=zeros(1,m);%核⼼距离RD=ones(1,m)*10^10;%可达距离% Calculate Core Distances 得到每个点的核⼼距离计算每个点和其他节点的距离，然后进⾏排序，得到前% k个点故⽽得到核⼼距离for i=1:mD=sort(dist(x(i,:),x))CD(i)=D(k);endorder=[];seeds=[1:m];ind=1;while ~isempty(seeds)ob=seeds(ind);seeds(ind)=[] ;order=[order ob];mm=max([ones(1,length(seeds))*CD(ob);dist(x(ob,:),x(seeds,:))]);ii=(RD(seeds))>mm;RD(seeds(ii))=mm(ii);[i1 ind]=min(RD(seeds));end%RD(1)=max(RD(2:m))+.1*max(RD(2:m));kk=RD>k;RD(kk)=10;plot(RD(order))function [D]=dist(i,x)% function: [D]=dist(i,x)%% Aim:% Calculates the Euclidean distances between the i-th object and all objects in x % Input:% i - an object (1,n)% x - data matrix (m,n); m-objects, n-variables%% Output:% D - Euclidean distance (m,1)[m,n]=size(x);D=(sum((((ones(m,1)*i)-x).^2)'));D=sqrt(D);if n==1D=abs((ones(m,1)*i-x))';end　测试数据如下：x=2 32 41 41 32 23 28 78 67 77 68 5100 28 208 197 187 178 21k=4。