消色差透镜分析实验
消色差胶合透镜原理
消色差胶合透镜原理小伙伴们！今天咱们来聊聊一个超有趣的光学小玩意儿——消色差胶合透镜。
这东西可神奇啦，就像是光学世界里的一个小魔法师。
咱们先得知道为啥会有消色差这么个需求呢。
你看啊，普通的透镜在折射光线的时候，就像一个调皮的小孩，对不同颜色的光有不同的态度。
白色的光其实是由好多不同颜色的光混合起来的，像彩虹里的红橙黄绿青蓝紫。
当光线通过一个普通透镜的时候，这些不同颜色的光就会走不同的路线，结果就是成像的时候会有彩色的边缘，就像照片被人胡乱涂鸦了一样，这可不好看，也不准确呀。
那消色差胶合透镜是怎么解决这个问题的呢？这就像是两个小伙伴合作来搞定这个调皮的光线。
消色差胶合透镜是由两块不同材料的透镜胶合在一起组成的。
这两块透镜就像性格互补的好朋友。
一种材料的透镜对蓝光折射得比较厉害，另一种材料的透镜呢，对红光折射得比较厉害。
当它们胶合在一起的时候，就会产生一种奇妙的平衡。
想象一下，蓝光本来在一个透镜里被过度弯曲了，但是另一个透镜就像一个小卫士，把蓝光拉回来一点；红光呢，在一个透镜里可能没被弯曲够，另一个透镜就再推它一把。
这样，不同颜色的光就能够差不多汇聚到同一个点上啦。
就好比一群乱跑的小动物，本来各跑各的，现在被两个聪明的小牧羊人合作着赶到了同一个羊圈里。
这两块透镜胶合的过程也很有意思呢。
就像是给它们举行了一场小小的“结婚仪式”，让它们紧紧地结合在一起，从此共同承担起让光线听话的任务。
而且这两种材料的选择也是很有讲究的。
就像挑选衣服一样，得找到最适合彼此的。
比如说，一种材料可能是冕牌玻璃，另一种可能是火石玻璃。
它们各自的光学特性就像是各自的小秘密，但是当它们组合在一起的时候，这些小秘密就变成了让光线乖乖听话的魔法咒语。
消色差胶合透镜在我们的生活里可发挥了大作用呢。
在望远镜里，它能让我们看到的星星更加清晰，没有那些讨厌的彩色光晕。
就像我们的眼睛戴上了一副超级精准的眼镜，可以把遥远星空的美景看得清清楚楚。
在显微镜里也是一样的道理，那些微小的细胞和微生物，在消色差胶合透镜的帮助下，能够以最真实的面貌呈现在我们眼前，不会因为颜色的错乱而让我们误解它们的结构。
超表面透镜的宽带消色差成像(特邀)
第50卷第1期 Vol.50No.l红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年1月Jan. 2021超表面透镜的宽带消色差成像（特邀）莫昊燃1’2,纪子韬\郑义栋\梁文耀\虞华康\李志远1(1.华南理工大学物理与光电学院，广东广州510641;2.广东晶启激光科技有限公司，广东东莞523808)摘要：超透镜是一种由二维亚波长阵列结构表面所设计的透镜，其对光场中振幅、相位和偏振的调控能力较灵活，同时具有低损耗、易集成、超轻薄等优点，近些年引起了科研人员广泛的研究兴趣。
然而在大多数情况下，针对特定波长设计的超透镜会遭受较大的色差，从而限制了其在多波长或宽带应 用中的成像作用。
超透镜因其二维平面结构引入了新的自由度，在对色差的消除上体现了新的潜力。
文中报道了多种不同的消色差超透镜设计及其消色差调控机理，并对现有的消色差超透镜从调制波段 类型进行了分类，如对离散波长的和对连续波长的消色差超表面透镜，后者又可从工作模式上分类为透射型和反射型，最后介绍了超透镜阵列在成像上的应用以及其在大景深宽带消色差器件上的前景。
关键词：超表面；超透镜；消色差聚焦透镜中图分类号：0436 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20211005Broadband achromatic imaging with metalens {Invited)Mo Haoran1’2,Ji Zitao1，Zheng Yidong1，Liang Wenyao1，Yu Huakang1，Li Zhiyuan1(1. School of Physics and Optoelectronics, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China;2. Guangdong Full-spectra Laser Technology Co., Ltd, Dongguan 523808, China)Abstract:Metalens,the specific type of lens designed with the surfaces mading of two dimensional array at the subwavelength scale,has shown great flexibilities to control the light field,including the arbitrary modulation abilities of amplitude,phase and polarization at the subwavelength scale.Moreover,the metalens possesses the unique advantages of low loss,integratable and conformable design and ultrathin,therefore attracts immense attentions in recent years.However,in most cases,the metalens designed for a specific wavelength may penetrate through the large chromatic aberration,which limits their usefulness in multi-wavelength or broadband applications.On the other hand,the metalens has renewed new degrees of freedom due to its two-dimensional planar structure,which has the potential in the elimination of chromatic aberration.Some different typical achromatic metalens designs and their achromatic modulation mechanism were reviewed,the existing achromatic metalens were classified from the types of modulated light bands,such as the achromatic matelens for discrete and continuous wavelength respectively,and the latter can be classified as transmissive and reflective from the working mode.Finally,the application of metalenses array in imaging and their prospect of broadband achromatic devices of large depth of field were introduced.Key words:metasurfaces;metalens;achromatic focusing lens收稿日期:2020-11 -14;修订日期:2020-12-29基金项目:国家重点研发计划（2018YFA0306200);国家自然科学基金（11974119, 12074127, 11504114);广州市科技计划项目(201904010105);中央高校基本科研业务费专项资金(2019ZZ50);华南理工大学教研教改项目（x2wl-Yl 190281)20211005-1第1期红外与激光工程第50卷0引言透镜是光学应用的基本元件，在数码相机、激 光、光学传感、安防、车载等各个领域都有着广泛的 应用。
两个透镜消除色差的方法
两个透镜消除色差的方法引言透镜是一种常见的光学元件，广泛应用于相机、望远镜等设备中。
然而，由于透镜折射率随光波长的变化而变化，常常会引起色差问题，即不同波长的光通过透镜后会发生不同程度的偏折，导致图像模糊、色彩失真等。
为解决这一问题，科学家们提出了多种方法来消除色差。
本文将介绍两个常用的透镜消除色差的方法。
方法一：双透镜组合1.理论基础双透镜组合是一种常见的消除色差的方法，它利用两个不同材质的透镜组合来抵消色差的效应。
其中，正透镜用于纠正蓝光的散焦问题，负透镜则用于纠正红光的散焦问题。
通过精确控制透镜的形状、曲率和材质，可以实现对不同波长光的精确调节，从而消除色差。
2.工艺实现为了实现双透镜组合消除色差的效果，需要严格控制透镜的制造工艺和参数。
首先，需要选择合适的透镜材料，例如，对于正透镜可以选择具有较高折射率的材料，而对于负透镜则需要选择具有较低折射率的材料。
其次，需要精确切削透镜的形状和曲率，以使得两个透镜之间的光程差能够达到理想的消色差效果。
最后，需要进行光学涂层处理，以减少透镜表面反射和散射，提高光的透过率和清晰度。
3.应用领域双透镜组合消色差的方法广泛应用于摄影镜头、望远镜、显微镜等光学仪器中。
通过精确的透镜设计和制造工艺，可以大大提升图像的清晰度和色彩还原能力，使得用户能够获得更加真实、细致的观测体验。
方法二：折光棱镜1.理论基础折光棱镜是一种利用透镜形状和材质的差异来消除色差的方法。
它通过将入射光分成不同波长的光线，并使它们以不同的路径通过透镜，从而达到消除色差的效果。
折光棱镜可以根据光的折射率差异将不同波长的光线分离出来，使得它们被分别聚焦在不同位置上，从而消除色差。
2.工艺实现为了实现折光棱镜消除色差的效果，需要进行精确的透镜设计和制造。
首先，需要选择合适的透镜材料，以使得不同波长的光在透镜中的折射率差异达到理想的效果。
其次，需要设计适当的透镜形状和曲率，以使得不同波长的光线在透镜内部按照所需的路径进行折射。
哈工大 光机系统设计 双胶合透镜 实验报告
哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告哈尔滨工业大学实验报告Harbin Institute of Technology 实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级：姓名：学号：哈尔滨工业大学1，实验目的设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。
2. 结构特性分析双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm；2) 视场角1.5°；3) 镜片材料选择BAK1 和BK7；4) 20 线对/mm 处MTF>0.4；5) 工作波长：可见光 3. 初始结构设计当物体处于无穷远时，P∞=W∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。
透镜的光焦度分配公式：通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为：R1 =345.231 R2 =-240.89 R3 =-1003.25 两个透镜的初始厚度设计各为7mm，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。
图1 双胶合透镜出结构设计图2 所示，视场90mm；如图3 所示，视场角设定为1.5°，图4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。
图2 设定视场图3 设置光场图4 设定入射光4. 系统优化设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图5所示。
图5 优化结果参数5. 像质分析由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。
图8优化后光线追迹曲线如图6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。
双胶合薄透镜组消色差!!!
Chapter 6 光路计算及像差
子午慧差的计算
K
ya yb / 2 y KT z
Chapter 6 光路计算及像差
弧矢慧差的计算
K
YC YZ KS
Chapter 6 光路计算及像差
孔径光阑的位置对彗差的影响
A
C a z b
B
入瞳设在球心处，球面不产生彗差；
§6.2.1球差的定义与表示方法
Chapter 6 光路计算及像差
§6.2 轴上点的球差(spherical aberration )
§7.2.1球差的定义与表示方法
轴上点发出的同心光束经光学系统后，不再是同心光束，不同入射 高度h(U) 的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点(理想像点)有不向 程度的偏离，这种偏离称为轴向球差，简称球差.用 L 表示
得
nu sin U L nu sin UL L sin U L sin U ni
let S 2L sin U L sin U ni, then we ha ve
Chapter 6 光路计算及像差 §6.2.3 单折射球面的球差和球差分布公式
L
H L sin U , G L sin U
Chapter 6 光路计算及像差 §67.2.3 单折射球面的球差和球差分布公式
H L sin U , G L sin U
G ( L l ) sin U H l sin U
sin I Lr sin U , r
i l r u r
n n n n L r , L r n n
以上三对不产生像差的共轭点为不晕点或齐明点。
Chapter 6 光路计算及像差 对于整个系统中的每一面写出公式
第2课消色差透镜
第2课：消色差透镜现在我们将添加第二个透镜元件并尝试控制单透镜的色差。
RLEID SINGLET33FNAME 'L1L1.RLE'MERIT 0.625687E-07LOG 33WAVL .6562700 .5875600 .4861300WT1 1.00000.001000 1.00000APS 1UNITS MMOBB 0.000000 5.00000 12.70000 0.00000 0.00000 0.0000012.700000 AIR1 RAD 100.0000000000000 TH 5.000000001 N1 1.51431710 N2 1.51679451 N3 1.522370211 CTE 0.710000E-051 GTB S 'N-BK7'2 RAD -100.0000000000000 TH 95.91906767 AIR2 TH 95.919067672 YMT 0.000000003 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIREND首先，我们通过单击PAD工具栏上的Checkpoint按钮来创建检查点。
在开始改变透镜之前保存检查点始终是个好习惯。
利用这样的操作，如果你想返回之前的过程，您可以使用按钮立即返回。
（您也可以按F3键回到之前的版本）现在单击WorkSheet按钮。
单击表面1上的图形，然后单击表面2查看所选表面的RLE数据如何显示在编辑窗格中。
现在我们添加第二个镜片。
单击窗口顶部附近工具栏上的按钮。
然后在单透镜背后的PAD显示屏上单击透镜绘图。
第二个镜片出现了。
该程序已从平面2中删除了YMT求解，并在平面3（3 PIN 1）上添加了折射率拾取。
单击表面3，然后在编辑窗格中输入3 GLM 1.6 44。
然后单击“更新”按钮。
我们将改变玻璃类型以便校正色差，我们不希望表面3总是从表面1中拾取折射率值。
消色差显微镜的设计及性能 分析
里仁学院消色差显微镜的设计及性能分析2017年1月13日摘要为解决普通生物显微物镜视场小、场曲和色差严重的问题,本文利用光学软件ZEMAX设计了一款消色差显微物镜,通过合理的结构优化、光焦度分配及材料选择,使该物镜具有大视场、高数值孔径、平场复消色差的特点。
消色差物镜是常见的物镜，外壳上常有"Ach"字样，这类物镜仅能校正轴上点的位置色差(红、蓝二色)和球差(黄绿光)以及消除近轴点慧差；不能校正其它色光的色差和球差，且场曲很大。
关键词：显微镜消色差物镜 ZEMAX目录一.引言…………………………………………………………错误！未定义书签。
1.1国内外研究状况 (1)1.2研究设计目的 (3)二.方案设计 (3)2.1设计原理 (3)2.2器件选择与及各参数计算 (4)2.3原始系统参数输入及像质评价 (6)2.4利用ZEMAX做像差优化设计…………………………错误！未定义书签。
1三. 总结………………………………………………………错误！未定义书签。
3参考文献………………………………………………………错误！未定义书签。
4一.引言1.1国内外研究状况显微技术在各个领域发挥了重要的作用，至今显微镜仍广泛应用于科学领域，应用前景很好，在物质微小区域进行化学成分分析、显微形貌察、微观观结构测定等方面都起着重要的作用。
最初的显微镜产生于十六世纪末期，17 世纪中期，英国科学家虎克制做了最早的复式显微镜在生理学研究方面有重大突破[1]，1684年惠更斯设计了现今仍在使用的生物显微镜，当时的显微镜物镜没有校正像差, 镜径又小，球面像差和色像差严重。
在复式显微镜发明之后的两个世纪中，尽管许多科学家和光学制造商作了许多的努力，他们用不同透镜及不同光阑的组合进行了种种尝试，却收效甚微[2]。
1824年法国物理学家塞利格提出了一个为高倍显微镜消色差的方法即把几个低倍消色差物镜用螺旋推动以联合使用，这样就可避免制造十分短的焦距的物镜而又能得到较高倍率的消色差物镜。
实验四单透镜的球差和色差
实验四 单透镜的球差和色差一． 实验目的1. 观察透镜产生球差和色差的现象。
2. 分析和理解透镜产生球差和色差的原因。
二． 实验原理和方法(一)轴上点的球差在实际光学系统中，如图9所示，轴上的点发出的同心光束经过光学系统后，不再是同心光束，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离。
这种偏离称为轴向球差，简称球差，用'L δ表示。
由于球差的存在，在高斯像面上的像点已不再是一个点，而是一个圆形的弥散斑，弥散斑的半径用'T δ表示，称作垂轴球差。
垂轴像差与轴向像差存在如下关系：()''''''.tgU l L tgU L T -==δδ球差是入射高度或孔径角的函数，当孔径较小时，主要存在初级球差；孔径较大时，高级球差增大。
根据球差的定义，单正透镜产生负球差；对于单负透镜产生正球差。
因此，对于共轴球面系统，单透镜本身不能校正，正负透镜组合则有可能校正球差。
图9 轴上点球差（二）轴上点的色差光学材料对不同波长的色光有不同的折射率，因此同一孔径不同色光的光线经过光学系统后与光轴有不同的交点。
不同孔径不同色光的光线与光轴的交点也不相同。
在任何像面位置，物点的像是一个彩色的弥散斑。
如图10所示，各种色光之间成像位置和成像大小的差异称为色差。
单透镜不能校正色差，单正透镜具有负色差，单负透镜具有正色差。
色差的大小与光焦度成正比，与阿贝数成反比，与结构形状无关。
因此消色差的光学系统需有正负透镜组成。
图10 轴上点色差三．实验器材灯箱，卤素灯，12V/20W 带三个光挡片 098001.00 1单缝/双缝的挡片（孔径） 1三缝/五缝的挡片（孔径） 1平凸透镜 f=+100mm 09810.04 1平凹透镜 f=－100mm 09810.05 1电源 3～12V DC/6V，AC/12V 11721.93 1A4白纸 1张橡皮擦尺子四．实验方法和步骤(一)轴上点球差1．实验准备1)准备一张纸如图11所示一样。
实验五消色差single
消色差单透镜5.1 消色差单透镜在本实验中，将使用衍射表面——「二元表面2(Binary 2)」来设计消色差(Achromatic)之单透镜。
透镜参数如下1、系统孔径：20 mm2、视场角：近轴(on-axis)3、波长：选择「F、d、C」4、新增一个表面于LDE（默认只有三个表面）5、表面一曲率半径：变数厚度：10 mm玻璃：BK76、表面二曲率半径：使用解(Solve)「F/2」。
将鼠标移至表面「2」之曲率半径的栏上，点击鼠标右键并选择F Number的解类型，键入F/#为2。
厚度：变数（点击此栏，单击键盘上的Ctrl + Z）。
接着建立优化函数(merit function)，其条件为均方根(RMS) – 斑点半径(Spot radius) – 质量中心(Centroid)。
5.2 标准单透镜进行优化。
如下列分析图所示，系统的性能被球差(spherical aberration)所限制。
5.3 新增衍射表面为降低系统目前的球差与色差，将表面1的表面类型改变为「Binary 2」1、将鼠标移至表面1之「表面类型」的栏2、按下键盘的「Enter」3、在表面1的属性对话框中选择「类型」的标签4、单击四次「B」键这个表面类型将是「Binary 2」5.4 设罝衍射参数接着从主选单的编辑器(Editors)中，选择额外资料编辑器(Extra Data Editor)。
在表面1，二元表面上设罝：1、设罝最大数目为22、正规化曲率半径为23、设罝「coeff on p^2」与「coeff on p^4」为变数再优化一次5.5 评估系统性能再次观察优化后的系统性能，球差有明显下降，色差将被良好的平衡。
5.6 相位属性分析现在来判断此设计制造的可行性。
可达到相位变化2π的最小局部之放射半径为何?在扩展(Extensions)主选单下，选择「Phaseplot」。
从约127个周期横越表面。
最小局部约为0.055 mm，放射距离约为7.5 mm。
《2024年消色差旋转双光楔系统光学设计与研究》范文
《消色差旋转双光楔系统光学设计与研究》篇一一、引言在光学系统设计中，光楔作为关键的元件之一，在实现光学聚焦、调节焦距以及修正光学像差等方面有着广泛的应用。
本文针对消色差旋转双光楔系统的光学设计进行了深入的研究，该系统主要应用于光学成像领域，如摄影、光学仪器、激光雷达等。
通过分析其工作原理、设计过程及实验结果，旨在为该系统的应用和进一步优化提供理论依据。
二、消色差旋转双光楔系统的工作原理消色差旋转双光楔系统主要由两个具有特定倾斜角度的光楔组成，通过旋转其中一个光楔来改变两光楔之间的相对角度，从而实现对光束的调整。
该系统具有消色差特性，能够在不同波长下保持较好的光学性能。
三、光学设计1. 设计参数在光学设计中，首先确定了系统的设计参数，包括光楔的倾斜角度、旋转范围、材料选择等。
这些参数将直接影响系统的光学性能和成像质量。
2. 仿真分析利用光学仿真软件对系统进行仿真分析，包括光线追迹、波前分析等。
通过仿真分析，可以预测系统的光学性能和成像质量，为后续的优化提供依据。
3. 优化设计根据仿真分析结果，对系统进行优化设计。
主要针对光楔的倾斜角度、旋转范围等参数进行优化，以获得更好的光学性能和成像质量。
同时，还需考虑系统的制造工艺和成本等因素。
四、实验研究1. 实验装置搭建实验装置，包括光源、光楔、旋转机构等。
通过调整光楔的倾斜角度和旋转角度，观察并记录实验结果。
2. 实验结果与分析通过实验结果的分析，验证了消色差旋转双光楔系统的光学性能和成像质量。
同时，与仿真分析结果进行对比，验证了仿真分析的准确性。
此外，还对系统的色差、畸变等性能进行了分析。
五、结论与展望本文对消色差旋转双光楔系统的光学设计进行了深入的研究，通过仿真分析和实验研究验证了该系统的光学性能和成像质量。
该系统具有消色差特性，能够在不同波长下保持较好的光学性能，为光学成像领域提供了新的解决方案。
同时，还对系统的应用和进一步优化提出了建议。
未来将进一步深入研究该系统的优化方案和应用场景，以实现更优的光学性能和更广泛的应潜境深度进行讨论及进一步发展方面可能存在的困难或技术难题等问题可能产生的矛盾、偏差及其来源也进行细致地描述。
色差校正简单实例与理论探究
在色差突出的时候，确实需要单独考虑如何校正色差。
常见的色差校正的方法有两种，一是换玻璃材料，二是加入衍射面。
（1）利用材料分配消色差的基本原理消色差公式：1hh θ ∅ 0 1 1.1其中θ，称为消色差系数（阿贝数的倒数）。
通常材料的消色差系数为正，因此，正负透镜产生的h θ ∅正好符号相反，适当选择正负透镜的材料，使得系统的∑h θ ∅ 等于0，或是非常小，那么就达到了消色差的目的。
（2）利用衍射面消色差的基本原理（略）需要说明一点，非球面不具备校正色差的能力。
接下来首先以一个三片式结构作为例子观察材料对色差的影响，“感受”更换材料校正色差的方法；随后，再做理论分析。
1、色差校正实例观察（1）结构1：正+负+正，材料IG6+GERMANIUM+IG6图1分析：色差比较严重，极有可能是束缚MF的原因。
观察此时的材料配置，两片正透镜均采用IG6，负透镜采用锗。
目前并不知道IG6的消色差系数和阿贝数，但是知道锗的消色差系数（如图2）非常小（即阿贝数很大）！只有0.285，此处大胆猜测IG6的消色差系数数值比较“正常”，大于1x10‐3，那么明显两块正透镜产生的色差，负透镜没有能力补偿。
如果更换负透镜材料，是否可以有效校正色差呢？图2[1]结合图2，选择GAAS替换材料锗，得到了第二组结构。
（2）结构2：正+负+正，材料IG6+GAAS+IG6图3原本优化起来吃力的结构1，在更改材料之后MF迅速下降，得到一个勉强可行的结果。
（3）结构3：正+负+正，材料IG6+ZNSE+IG6图4选用材料ZNSE时，色差校正似乎刚刚好。
从ray fan图和longitudinal aberration图看，绿色线条与红色线条的位置关系互换了，是否可以理解为此时负透镜产生的色差值更大一点？（4结构4：正+负+正，材料IG6+ZNS_IR+IG6图5换用材料ZNS_IR之后，色差依旧校正得很好，但简单优化之后的成像效果没有ZNSE好。
色差校正简单实例与理论探究
在色差突出的时候，确实需要单独考虑如何校正色差。
常见的色差校正的方法有两种，一是换玻璃材料，二是加入衍射面。
（1）利用材料分配消色差的基本原理消色差公式：1hh θ ∅ 0 1 1.1其中θ，称为消色差系数（阿贝数的倒数）。
通常材料的消色差系数为正，因此，正负透镜产生的h θ ∅正好符号相反，适当选择正负透镜的材料，使得系统的∑h θ ∅ 等于0，或是非常小，那么就达到了消色差的目的。
（2）利用衍射面消色差的基本原理（略）需要说明一点，非球面不具备校正色差的能力。
接下来首先以一个三片式结构作为例子观察材料对色差的影响，“感受”更换材料校正色差的方法；随后，再做理论分析。
1、色差校正实例观察（1）结构1：正+负+正，材料IG6+GERMANIUM+IG6图1分析：色差比较严重，极有可能是束缚MF的原因。
观察此时的材料配置，两片正透镜均采用IG6，负透镜采用锗。
目前并不知道IG6的消色差系数和阿贝数，但是知道锗的消色差系数（如图2）非常小（即阿贝数很大）！只有0.285，此处大胆猜测IG6的消色差系数数值比较“正常”，大于1x10‐3，那么明显两块正透镜产生的色差，负透镜没有能力补偿。
如果更换负透镜材料，是否可以有效校正色差呢？图2[1]结合图2，选择GAAS替换材料锗，得到了第二组结构。
（2）结构2：正+负+正，材料IG6+GAAS+IG6图3原本优化起来吃力的结构1，在更改材料之后MF迅速下降，得到一个勉强可行的结果。
（3）结构3：正+负+正，材料IG6+ZNSE+IG6图4选用材料ZNSE时，色差校正似乎刚刚好。
从ray fan图和longitudinal aberration图看，绿色线条与红色线条的位置关系互换了，是否可以理解为此时负透镜产生的色差值更大一点？（4结构4：正+负+正，材料IG6+ZNS_IR+IG6图5换用材料ZNS_IR之后，色差依旧校正得很好，但简单优化之后的成像效果没有ZNSE好。
多波长消色差全介质超透镜设计
近年来，随着微纳加工技术的迅速发展，出现了 一种新型波前调控元件—光学超表面。与传统透镜 不同，超表面［2-3］是一种由一系列亚波长的人工结构 组成的二维阵列平面，具有制作简单、损耗较低、小 体积和超薄厚度的特点。它可以对电磁波的振幅、 相位、偏振态进行调控，从而灵活地塑造电磁场［4］。 超透镜作为超表面的多种应用之一，凭借其在两种 材料界面处的相位突变特性使得其在构建平面光学
光的色散在设计光学元件及成像系统［1］中有着 非常大的影响。在诸如玻璃这样的介质材料中，色 散会随折射率的增加而减小，而在透镜系统中，这会 产生更加明显的焦点分离，严重影响光学系统的性 能及成像质量。传统的透镜通过增加一定数量的光 学元件或者使用不同材料的元件来平衡各种像差， 但这势必会让光学系统整体结构变得复杂，同时也 会提高成本，这些缺陷极大地限制了它们的使用。
第 42 卷第 6 期 2019 年 12 月
长春理工大学学报 （自然科学版）
Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition）
Vol.42 No.6 Dec.2019
多波长消色差全介质超透镜设计
WANG Wen-tao1，LUO Chun-hua1，LUO Yu1，ZHAO Da2
（1.School of Optoelectronic Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022； 2.Shenzhen University，ATR Key Laboratory of Defense Science and Technology，Shenzhen 518060）
消色差显微镜的设计及性能分析
消⾊差显微镜的设计及性能分析⾥仁学院消⾊差显微镜的设计及性能分析2017年1⽉13⽇摘要为解决普通⽣物显微物镜视场⼩、场曲和⾊差严重的问题,本⽂利⽤光学软件ZEMAX设计了⼀款消⾊差显微物镜,通过合理的结构优化、光焦度分配及材料选择,使该物镜具有⼤视场、⾼数值孔径、平场复消⾊差的特点。
消⾊差物镜是常见的物镜，外壳上常有"Ach"字样，这类物镜仅能校正轴上点的位置⾊差(红、蓝⼆⾊)和球差(黄绿光)以及消除近轴点慧差；不能校正其它⾊光的⾊差和球差，且场曲很⼤。
关键词：显微镜消⾊差物镜 ZEMAX⽬录⼀.引⾔…………………………………………………………错误！未定义书签。
1.1国内外研究状况 (1)1.2研究设计⽬的 (3)⼆.⽅案设计 (3)2.1设计原理 (3)2.2器件选择与及各参数计算 (4)2.3原始系统参数输⼊及像质评价 (6)2.4利⽤ZEMAX做像差优化设计…………………………错误！未定义书签。
1三. 总结………………………………………………………错误！未定义书签。
3参考⽂献………………………………………………………错误！未定义书签。
4⼀.引⾔1.1国内外研究状况显微技术在各个领域发挥了重要的作⽤，⾄今显微镜仍⼴泛应⽤于科学领域，应⽤前景很好，在物质微⼩区域进⾏化学成分分析、显微形貌察、微观观结构测定等⽅⾯都起着重要的作⽤。
最初的显微镜产⽣于⼗六世纪末期，17 世纪中期，英国科学家虎克制做了最早的复式显微镜在⽣理学研究⽅⾯有重⼤突破[1]，1684年惠更斯设计了现今仍在使⽤的⽣物显微镜，当时的显微镜物镜没有校正像差, 镜径⼜⼩，球⾯像差和⾊像差严重。
在复式显微镜发明之后的两个世纪中，尽管许多科学家和光学制造商作了许多的努⼒，他们⽤不同透镜及不同光阑的组合进⾏了种种尝试，却收效甚微[2]。
1824年法国物理学家塞利格提出了⼀个为⾼倍显微镜消⾊差的⽅法即把⼏个低倍消⾊差物镜⽤螺旋推动以联合使⽤，这样就可避免制造⼗分短的焦距的物镜⽽⼜能得到较⾼倍率的消⾊差物镜。
一种透镜色差消除方法与流程
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基础光学工艺.27第二十七章 消色差物镜检验
第二十七章消色差物镜检验 M.布朗 A.S.德范尼检验和修磨大口径高质量的消色差物镜无疑是精密光学加工中最重要的内容之一。
通常，消色差物镜由两块或更多块非胶合零件组成，零件的直径大于6in。
透镜设计不是本书讨论的范围。
当代的设计者用间计算程序校正慧差、球色差、象散等等，而且有300多种具有极好均匀性及不同折射率的玻璃牌号可供选择，而克拉克兄弟当时设计物镜时又有六种玻璃牌号。
特别要引起注意的是光学平板（用于光学检验）和物镜的装夹方法。
镀铝的光学平板和组合透镜紧紧装配在一起，再加上刀口就组成自准直仪。
平面反射镜必须是一块高质量的光学平板并装夹在特殊设计的大口径镜座里，图27.1用光学平板检验大口径物镜光学平板支承而较小孔径的平板通常放在两个在一个木头块上相隔60°互为60°夹角的木头支架上（见图27.1）。
物镜第一块透镜的前表面必须与平面反射镜反射表面精确地平行，否则会产生象散。
用一块塑料环状隔圈易于达到这个要求。
1．具与自准直型式支承平面反射镜时必须严防变形。
除用特殊镜座外，另外一种方法是用一块厚度与直径之比为1/6的平板支承反射镜，两支承点位于平板下方，相隔60°。
如图27.1(A-A)所示，而且在f处有一个压紧点。
用调平螺丝及压力弹簧将平面反射镜夹持在这三个支点上，前后调节用调平螺丝。
支承高质量光学元件的要点是：⑴设计一个优质镜座，在其四周内装有辅助的调平支撑；⑵在反射镜圆周的一半面积上用钢带支承；⑶两个支撑点夹角为60°。
图27.1标注出了(A-A)线或60°支撑点及塑料圆柱隔圈，隔圈确定了透镜前表面与反射镜前表面之间的平行度。
用平行平板与自准直仪使隔圈达到平行度要求。
为了将透镜组支承在镜座里，可如图所示在两块透镜之间用隔圈S-S及加压点(球轴承弹簧销)。
透镜的正确安装还涉及固定透镜的镜座，镜座与透镜间(前和后)装三片尼龙垫片，并用适当的方法将透镜框固定在反射镜前面。
用于X射线的消色差透镜问世
要想在摄影和光学显微镜中产生清晰的图像，消色差透镜必不可少。
它们可以确保不同颜色，即不同波长的光，能够清晰聚焦，从而消除模糊现象。
直到现在才开发出一种用于X射线的消色差透镜，这一事实乍一看可能令人惊讶，毕竟可见光消色差透镜已经存在了200多年。
它们通常由两种不同的材料组成。
光线穿透第一种材料，分裂成光谱颜色，就像穿过传统的玻璃棱镜一样。
然后，它通过第二种材料来逆转这种效果。
在物理学中，分离不同波长的过程称为“色散”。
然而，PSI X射线纳米科学与技术实验室X射线光学与应用研究组负责人、物理学家克里斯蒂安·大卫解释说：“这种适用于可见光范围的基本原理并不适用于X射线范围。
”对于X射线来说，没有哪两种材料的光学性质在很大的波长范围内有足够的差异，从而使一种材料可以抵消另一种材料的影响。
换句话说，X射线范围内材料的色散太相似了。
此次，科学家没有在两种材料的组合中寻找答案，而是将两种不同的光学原理联系在一起。
这项新研究的主要作者亚当·库贝克说：“诀窍是意识到我们可以在衍射镜前面放置第二个折射镜。
”PSI用已有的纳米光刻技术来制造衍射镜，并用微米级的3D打印制造出折射结构，成功开发出用于X射线的消色差透镜，解决了上述问题。
X射线消色差仪的概念和试验装置为了表征他们的消色差X射线透镜，科学家们在瑞士同步辐射光源使用了一条X射线光束线，还使用光刻技术来描述X射线光束，从而描述消色差透镜。
这使得科学家们能够精确地探测到不同波长的X射线焦点的位置。
他们还使用一种方法对新透镜进行了测试，这种方法将样品以小光栅步移过X射线束的焦点。
当X射线束的波长改变时，用传统X射线透镜产生的图像变得非常模糊。
然而，当使用新的消色差透镜时，这种情况就不会发生。
使用消色差仪演示不同能量的STXM成像X射线束轮廓的演变，其能量用X射线照相术测量消色差透镜和单个FZP（能量范围从5.6keV到6.8keV）多色X射线聚焦模拟。
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消色差透镜分析实验
消色差双合透镜分析
设计实验
1，实验目的
掌握zemax光学设计软件，能设计和模拟光学器件，了解各种光学设计的基本分析原理，了解像差的基本概念和意义
2，实验内容
设计了一种用于校正球差的消色差双合透镜作为望远镜物镜R=10厘米，c1=0.002957厘米-1，c2=-0.020184厘米-1，c3=-0.00771厘米-1厚度t1=1.9厘米，t2=1.3厘米玻璃选择:第一个透镜为BaK1 (1.5725，57.55)，第一个透镜为BaSF2 (1.66446，35.83)如图所示
3，实验仪器
计算机，自由空间光学系统设计软件Zemax
4。
实验原理
几何光学设计主要利用光线追迹来分析光在光学系统中的传输路径系统的一些基本参数，如焦距、孔径、入射光瞳、出射光瞳、入射窗和出射窗，可以用光线追迹法确定。
系统的像差也可以用光线追迹法进行分析。
5，实验步骤
步骤1:创建一个设计，创建一个新文件，并保存它步骤2:系统参数设置
1将单位设置为毫米，入瞳半径设置为100毫米方法:系统概述下图
2设计计算视场，设置两个视场。
这个系统的视野影响很小，因为物体在无穷远处。
方法:系统字段下图
步骤3:将
输入三个面，如图所示插入光学表面的方法是:编辑-插入表面或编辑-插入后在
编辑透镜数据后，可以通过分析-布局-2D布局查看透镜的光学结构第4步:系统参数计算
系统数据计算方法:报表-系统数据结果通常如下图所示我们记录了几个数据:EFL，BFL，入瞳直径，出瞳位置和直径
射线轨迹数据计算方法:分析-计算-射线轨迹我们只看近轴光数据，一般如下图所示
步骤5:成像质量分析
执行以下模拟，并对结果进行适当的分析1图像场弯曲/失真的计算？细光束亚矢状弯曲xS？表达两者的区别在于像场弯曲通常使用细光束经向弯曲xT？？xT？？xS？叫做散光xTS？？0表示没有散
光xTS计算图像场弯曲/失真的步骤是:分析-混合-场曲线/距离在该图中，横坐标是像散值，纵坐标是图像视场。
场失真定义为
失真？
ychief？yrefyref？100
，其中实际主光线和像平面之间的交点的高度和近轴主光线和像平面之间的交点的高度，可以被认为是理想像高
2纵向球面像差的计算
纵向球面像差通常被称为球面像差，它是指由轴上的一个物点发射的不同角度的光的不同像点所引起的像差，并且是相对孔径高度的函数。
计算球面像差的步骤是:分析-杂项-纵向像差不同颜色光的球面像差之间的差异就变成了色差。
纵坐标是孔径高度。
3横向色差的计算横向色差定义为同一参考图像平面上不同颜色的主光线的高度差，属于离轴细光束像差，是视场的函数纵坐标是图像的视场。
教科书里通常写什么？yFC计算横向色差的步骤是:分析-杂项-横向颜色
4垂直轴像差的计算
表示理想图像平面上不同孔径的子午线和矢状线的交点与理想图像平面上主光线的交点之间的距离，该距离分为x和y方向上的距离计算横向色差的步骤是:分析-扇形-光线像差在该图中，横坐标是孔径高度，纵坐标是垂直轴像差，可以针对不同的视场进行计算。
我们只选择最小视场，单色光方法设置-设置如下图所示
5点阵
点阵来自图像平面上不同角度点的光我们观察傍轴光线的点阵列。
方法:分析-点图-标准
我们只选择最小视场，单色光方法设置-设置如下图所示
6几何调制传递函数
分析-mtf-geomatrix-mtf当空间频率增加到某个值时，MTF=0，这成为空间截止频率MTF=0.136的空间频率称为系统的极限分辨率根据几何调制传递函数，计算系统的空间截止频率和极限分辨率。
6。
讨论
分别将曲率修改为c1=0.011488 cm-1、c2= -0.011503 cm-1、c3= -0.000804 cm-1其他参数保持不变计算了纵向球差，并与以前的结果进行了比较。