ZEMAX仿真实例详解
ZEMAX光学设计：在非序列模式下仿真双折射实例
ZEMAX光学设计：在非序列模式下仿真双折射实例
引言：
在非序列模式下，在物体类型（Object Type）中设置相关参数来仿真双折射偏振器件。
设计仿真：在ZEMAX非序列模式下仿真双折射偏振器件。
在波长设定对话框中，选择F,d,C（visible）自动加入三个波长，如下图：
在NSC Editor中输入结构参数，如下图：
第一行，设置一个椭球光源，Layout Rays设为100，Analysis Rays 设为100000，X Half Width和Y Half Width分别设为0.5mm，其他参数默认。
第二行，设置一个柱状双折射晶体，Z Position设为1，Material设为CALCITE（方解石），Front R和Back R分别设为20，Z Length设为100。
如上图，在第二行的Index对话框中，选择Birefringent，并在Ay 和Az分别设为0.707，Axis Length（轴线长度）为10mm。
第三行和第四行，分别设置两个Source Rectangle，用于分别探测o光和e 光。
查看NSC 3D Layout，如下图：
注意：需要勾选“Split NSC
Rays”。
查看探测器探测到的o光和e光的图像，如下图：。
zemax光谱仪设计实例
zemax光谱仪设计实例Zemax是一款非常强大的光学设计软件，广泛应用于光学系统的设计和分析。
以下是一个使用Zemax设计光谱仪的实例：1. 首先，打开Zemax软件，创建一个新的光学设计文件。
2. 在Zemax的Optics Tab中，选择Wavefronts > Define Source来定义光源。
根据需要选择光源的类型（如点源、线源等），并设置其位置和大小。
3. 在Geometry Tab中，添加反射镜和面镜。
反射镜用于收集光线，面镜用于改变光线的路径。
使用Zemax的Curvature工具来定义反射镜的形状，使用Plane 工具来定义面镜。
4. 在System Tab中，添加光谱仪。
光谱仪是一个探测器，用于测量光线的波长。
在Zemax中，光谱仪通常用一个探测器模型来表示。
5. 在Optics Tab中，选择Optics > Assemble系统来组装光学系统。
这将使得光线从光源发出，经过反射镜和面镜的反射和折射，最后被光谱仪探测到。
6. 在Results Tab中，选择Simulation > Analyze来分析光学系统。
这将计算光线的传播路径，包括反射、折射、干涉等，并显示在Optics Data Tab中。
7. 在Optics Data Tab中，可以查看光线的波前图、光线图、能流图等，以评估光学系统的性能。
例如，可以查看光线的聚焦情况，以评估反射镜的面形精度。
8. 在Results Tab中，选择Simulation > Propagate来传播光线。
这将模拟光线在整个光学系统的传播过程，并显示在Optics Data Tab中。
9. 在Optics Data Tab中，可以查看光线的传播路径，以评估光学系统的性能。
例如，可以查看光线的聚焦情况，以评估反射镜的面形精度。
10. 根据分析结果，可以调整反射镜和面镜的位置和形状，以优化光学系统的性能。
可以使用Zemax的Optimize工具来自动优化光学系统。
用ZEMAX实现对光源的仿真
ZEMAX实现对光源的仿真
如果只知道有关的光源的简单数据，如何模拟？
如果已知关于光源的详细数据，又如何模拟？
如何模拟一个几何形状复杂的光源？
若仅知道光源的简单数据，如何对光源
ZEMAX，将其切换到非序列模式：
system>general>units
要特别注意物理单位。本例中光照度单位采用勒克司。
source_radial。在ZEMAX中，source_radial
Z轴呈对称分布，并且光线的强度随角度的分布属立方样条拟合。
null object定义为source_radial是将光源数据输入到ZEMAX的最简单直接的
null object：
是美国Lumileds(流明)公司的LED产品LXML-PWW1说明书中提
项和所追迹的光线数量决定的。
Detector Rect探测器。对光源进行追迹，得到的光源的空间和
ray file所包含的信息要比单纯的datesheet丰
"mini "模型，由10个部件组成。这个光源文件见
。其编辑器如下图：
object组成，包括：
片，即左图中红色部分 2.电极丝，即右图中红色部分
我们建立起来的这样一个光源模型，必须与制造商提供的测
要求一个更加精确的光源，此时就
当然我们也可以把两者结合起来：我们自己创
．如果没有测试数据，那么最简单，也是最佳的模拟方法，是采用source_radial
ZEMAX自带的光源；
．制造商提供的测试数据的优点是：精度高，易于使用；
．如果需要对光线做反向追迹，最好采用复杂光源模型。
2：
2 LXML-PWW1的空间强度分布
zemax多重结构设计实例
zemax多重结构设计实例
Zemax是一种用于光学设计和仿真的软件工具，它可以用于设计多重结构。
以下是一个关于Zemax多重结构设计的实例：
假设我们要设计一个具有复杂光学要求的摄像头系统。
我们需要一个包含多个透镜元件的光学系统，以实现对焦、变焦和折射等功能。
在Zemax中，我们可以通过多种方法来设计这样的系统。
首先，我们可以使用Zemax的元件库来选择合适的透镜元件，例如球面透镜、非球面透镜等。
然后，我们可以使用Zemax的建模工具来排列这些透镜元件，以构建一个复杂的多重结构光学系统。
在设计过程中，我们可以利用Zemax的分析工具来优化系统的性能，例如使用光线追迹来模拟光线在系统中的传播路径，以及使用波前分析来评估系统的像差和光学质量等指标。
另外，Zemax还提供了丰富的数据输出和可视化工具，可以帮助我们对设计的多重结构进行全面的分析和评估。
我们可以查看光斑图、点扩散函数等图像，以及导出系统的性能数据进行进一步的处理和分析。
总之，Zemax可以帮助我们设计复杂的多重结构光学系统，通过其丰富的建模、分析和可视化工具，我们可以全面地了解系统的性能，并进行优化和改进。
这样的设计实例可以应用于各种领域，如摄像头、望远镜、显微镜等光学系统的设计与优化。
zemax实验学习教程
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第十九页，编辑于星期日：八点 四十分。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror） 再看其3D Layout图，如图所示，此时扫描镜关于后表面倾斜。
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第二十页，编辑于星期日：八点 四十分。
第三章 ZEMAX设计实例
例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）
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第十七页，编辑于星期日：八点 四十分。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
扫描镜分为两类：
Galvanometer反射镜和Polygon反射镜。 Galvanometer反射镜：镜面在顶点的倾斜； Polygon反射镜：在镜面顶点后面的一个偏置点处扫描。
现在移到第2面，在“tilt about x”列里输入45。 从主菜单选System，Update All，你将看到如图 所示的图形。
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第三页，编辑于星期日：八点 四十分。
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
注意近轴镜片的厚度为30，位于第一个坐标断点的旋转顶点。 坐标断点的厚度是0，表示反射镜面是在同一点上。但是， 坐标断点已将坐标系统旋转了45度。镜面本身是不旋转 的，只有它所在的坐标系统，才被旋转。镜面的厚度为0， 因为我们在移到下一个面前，要旋转另一个45度。第二 个坐标断点先旋转另一个45度，然后向焦点移动-70个单位。 注意所有的倾斜和偏心处理应在厚度改变之前。
第三章 ZEMAX设计实例
例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）
在反射镜面2的前面增加一个CB面，并设置该CB在Y方向有+80mm的平移量。
Zemax光学设计：人眼模型实例
Zemax光学设计：人眼模型实例引言：人眼光学模型常常被用在如下场景中：设计用于人眼内部观察的仪器（如检查眼底相机的照明均匀性）、设计人眼视线会穿过的仪器（如研究眼科镜片、隐形眼镜和人造晶状体的特性）以及研究人眼本身（如研究角膜瘢痕、白内障等眼病对视网膜成像造成的影响）。
设计仿真：首先输入系统特性参数，如下：在系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据人眼瞳孔大小输入“4.0”；在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：因该模型通常用于评估视力，所以模型中对波长进行了加权。
并且也对0°、10°和20°的视场角分别进行了1.0、0.2和0.1的加权，以此来表示这些角度上的相对视力。
把视网膜当作像面时，相对视力在中心处权重为1.0，在2.5°时下降为0.5，在10°时下降为0.2，在20°时下降为0.1，在边缘处下降为0.025。
错误的加权会令优化结果不具参考意义。
在波长设定对话框中，输入0.470um、0.510um、0.555um、0.610um 和0.650um五个波长，如下图：该人眼模型中，使用带有相对照度权重的明视波长。
LDE的结构参数，如下图：该模型中还包含直径为一个4mm的虹膜瞳孔。
这个人眼模型中，将视网膜作为像面。
使用这些模型前，一定要将压缩文件中的EYE.AGF 文件拷贝到Zemax的玻璃库文件夹下。
玻璃库是根据已发表的真实眼睛中光学介质折射率的测量结果构建的，通常只适用于有限数量的波长，一般为F，d，C三个波长下的数据。
因此，适合使用Conrady公式，公式得出的结果范围限于可见光和近红外光谱，且Nd和Vd值不能够四舍五入。
如果波长范围需要扩展到紫外线或红外线，可以使用MISC玻璃库中利用Schott公式计算的334nm至2325nm的海水折射率数据。
Zemax14.2仿真应用实例
打开Zemax，点击左上角File按钮，再点击New新建文件点击上方Libraries选项卡，选择IS Scatter Catalog在Manufacturer中选择Bright View Technologies，并在File中选取所需的Bright View系列材料（如选取CHE15系列）点击Download Scatter File下载所需扩散膜材料数据，下载完成后点击Close关闭该对话框建立光源（如选择Source Ray【线光源】），并设置参数Layout Rays 【显示光线】、Analysis Rays【分析光线】及相应Power【功率】在序号处单击鼠标右键选择Insert Object After，插入两个物体栏将这两个物体类型分别选为Rectangle【矩形面】和Detector Rectangle 【矩形探测器】，参数设置如下图所示点击Setup选项卡中NSC 3D Layout及NSC Shaded Model可查看此时仿真设计的平面图及三维立体图点击NSC Shaded Model窗口左上角下拉箭头，将Detector选择为Color pixels by last analysis并在下方四个选项上打钩，点击OK确认后可查看最终仿真设计模型选择Rectangle，点击对话框左上方下拉箭头，在Coat/Scatter选项卡右侧Scatter Model中选择IS Scatter Catalog，在弹出对话框中选取所需Bright View系列材料并设置相关参数，点击OK确认根据需要调节Number Of Rays【光线数量】，并收起该下拉菜单选择上方Analyze选项卡中Ray Trace，在弹出对话框中选择Clear&Trace ，完成后点击Exit退出选择上方Detector Viewer即可查看此时非相干辐射照度曲线在Detector Viewer对话框中点击左上角下拉箭头，在Show As中可选择查看Gray Scale【灰度模型】、False Color【虚拟色彩】等多种仿真效果。
zemax案例
zemax案例
以下是一些关于Zemax仿真软件的案例：
1. 光学系统设计
Zemax可以用于光学系统设计和优化。
例如，可以使用Zemax来设计望远镜、显微镜、放大镜和其他光学仪器。
2. 焦散问题分析
Zemax可以用于分析和优化光学系统的焦散问题。
通过模拟光线的轨迹和相位变化，可以确定焦点的位置和形状，并确定任何可能的相位偏差。
3. 光学组件模型建立
Zemax可以用于建立光学组件的三维模型，包括透镜、棱镜和反射器等，以更准确地模拟光学系统的性能。
4. 光学系统图像模拟
Zemax可以用于模拟光学系统中的图像。
可以通过更改光线的特定属性，如入射角度和波长，以模拟不同的光学系统图像。
5. 激光光束分析
Zemax可以用于分析激光光束的特性，包括光斑大小、波前畸变、相位传输和偏振特性等。
6. 照明系统设计
Zemax可以用于设计照明系统，以确定最佳的光源和透镜组合来实现所需的照明效果。
Zemax激光光学设计实例应用013迈克尔逊干涉仪仿真
013：迈克尔逊干涉仪仿真在这一节的实例中，我们要采用干涉分析等工具来仿真物理光学现象。
下面，我们一边建模一边讨论。
图13-1 理想成像LDE 编辑器列表图13-2 理想成像结构及像差分析图列表我们先建立一个简单的理想光学成像系统（4F 系统），系统设置中，物方类型选择物面数值孔径（随意设置一个合理的值）；波长为默认；视场为默认0 度。
在透镜数据编辑器中输入如图13-1 所示的数据。
停止面（Surface 1）的类型选择“Paraxial XY”（傍轴光线），这样就可以将这个面设置为“理想薄透镜”。
注意，“Paraxial”为旋转对称理想透镜，“Paraxial XY”为两轴分离理想薄透镜，可以分别设置两个轴不同的光焦度，即单独设置一个轴就成为“理想柱面镜”。
其参数“X-Power”和“Y-Power”分别为两个轴的光焦度，即理想焦距的倒数。
然后打开3D Layout 查看光路结构，同时调出各种像差分析图，例如点列图、光扇图、光程差OPD 图表等等，看看理想情况想的像差分析图表是什么样子的。
如图13-2 所示，像差图分析结果像差均为0，点列图为理想点。
再来看看理想情况下的成像效果。
点击Analysis→Image Simulation→Image Simulation打开成像仿真器，默认情况下的成像仿真为网格线条模式，如图13-3 所示。
图13-3 理想成像仿真分析（网格线条模式）点击设置菜单，更改输入文件，根据自己的喜好选择物方图像。
软件自带了一个BMP 格式的演示图片（高一点的版本才有），可以用来模拟拍照实际成像效果。
参数设置如图13-4所示，其中视场高度（Field Height）选项与系统设置中的视场类型有关，如果系统设置中视场类型为视场角度，那么这里应该是指物面对停止面STO 的张角（全角），所以视场高度若再设为0，则表示物面尺寸为0，可能无法看到成像。
将视场高度（Field Height）的值设为5（度），表示物面高度（Y 方向）尺寸设定为tan5*50=4.4mm。
光学设计Zemax实例教程2016-下
南京理工大学 袁群 光学CAD课件
新建：缩束系统-负透镜-初始结构.zmx
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设计案例4-缩束/扩束系统
f=-100 mm 负透镜设计
评价函数： 1.控制系统焦距EFFL=-100 mm，权重为1 2.控制系统波像差RMS值，权重为1 变量： 透镜前后表面曲率半径R1 和R2
南京理工大学 袁群 光学CAD课件
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设计案例4-缩束/扩束系统
开普勒式缩束系统设计
• • • 单独设计正透镜1和正透镜2时均为正向设计，即平行光入射经 正透镜后会聚； 在缩束系统中，正透镜1为正向使用，正透镜2为反向使用； 将透镜1与透镜2组合为缩束系统，透镜1与透镜2之间的间距为 单独正向设计时透镜1与透镜2的顶焦距之和
打开：缩束系统-正透镜1-优化结果.zmx 然后另存为：开普勒式缩束系统-初始结透镜-优化结果.zmx
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设计案例4-缩束/扩束系统
f=-100 mm 负透镜设计
优化结果，EFFL=-100.093 mm; 3D Layout中表示的是负透镜虚焦点
南京理工大学 袁群 光学CAD课件
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设计案例4-缩束/扩束系统
伽利略式缩束系统设计
与开普勒式缩束系统组合方式类似，正透镜与负透镜组合 • • • 单独设计正透镜1和负透镜时均为正向设计，即平行光入射经 正透镜后会聚，平行光入射经负透镜后发散； 在缩束系统中，正透镜1为正向使用，负透镜为反向使用； 将正透镜1与负透镜组合为缩束系统，正透镜1与负透镜之间的 间距为单独正向设计时正透镜1与负透镜的顶焦距之和（正透 镜的定焦距为正值，负透镜的定焦距为负值）
以D1=80 mm，f1=400 mm；D2=20 mm， f2=100 mm；工作波长λ=800 nm为例。 缩束比 4:1 ，相对孔径 1:5 南京理工大学 袁群 光学 CAD 课件
Zemax 初学实例解析
ZEMAX 初学实例解析内容纲目:前言实例一：单镜片(Singlet)实例二：双镜片实例三：牛顿望远镜实例四：Schmidt-Cassegrain 和aspheric corrector实例五：multi-configuration laser beam expander实例六：fold mirrors 和coordinate breaks实例七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces实例一：单镜片(Singlet)你将学到：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。
设想你要设计一个F/4 单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7 镜片来作。
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。
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仿真实例详解
第四章设计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。
《zemax实验》课件
与Code V的比较
总结词：用户界面友好性
Code V的用户界面相对较为复杂，学习曲线较陡峭。相比之下，Zemax的用户界面更加直观和易于使用，对于初学者和新手 更加友好。
与Code V的比较
总结词：开放性
Code V具有较强的开放性，与其他CAD和光学仿真软件具有良好的兼容性和数据交换能力。Zemax 也支持与其他软件的互操作性，但相对而言Code V的开放性更高。
实验步骤
步骤一
打开Zemax软件，创建新项目 ，设置光学系统参数。
步骤二
在软件中导入光源、镜头、探 测器等光学元件的参数。
步骤三
进行光学系统性能仿真，模拟 不同波长、不同角度的光线通 过光学系统的情况。
步骤四
采集数据，对仿真结果进行分 析和比较。
实验结果分析
结果一
分析不同波长、不同角度 的光线通过光学系统后的 能量分布情况，评估光学 系统的性能。
结果二
根据仿真结果，优化光学 系统参数，提高光学系统 的性能。
结果三
将仿真结果与实际测量结 果进行比较，验证仿真模 型的准确性。
03 Zemax光学设计实例
简单透镜设计
总结词
介绍简单透镜设计的原理和步骤，包 括焦距、光焦度、透镜形状等参数的 计算和优化。
优化设计
通过Zemax软件的光学优化功能，对 透镜参数进行优化，提高成像质量。
Zemax的学习曲线可能相对较陡峭，但一 旦熟悉其功能和操作，用户可以获得更高级
的光学设计和分析能力。
05 Zemax实验的注意事项 和常见问题
注意事项
软件安装与运行
确保计算机满足Zemax软件的最低系统要求 ，正确安装并激活软件。
实验环境设置
zemax仿真参数量级
zemax仿真参数量级zemax仿真参数量级思路及评价标准：根据加工单位加工能力提供的Ra和Rt指标如下：Ra≤0.05um、Rt≤0.4um，将这组公差导入Zemax软件仿真思路如下：1、以1mm为步长，求出每个口径下对应的理论矢高；2、依次给半径、圆锥系数、二次项系数一个公差数据，计算Ra 和Rt值，使得这两个数据比加工公差大；3、依次将半径、圆锥系数、二次项系数公差数据输入Zemax软件，进行像质评价。
实例：非球面1参数：R=102.64，k=0.655，a4=-1.483×10-8，a6=-3.192×10-12，口径D=96mm。
图1中各个像质评价图对应非球面参数依次如下：（1）：R=102.64，k=0.655，a4=-1.483×10-8，a6=-3.192×10-12 （2）：R=102.635，k=0.655，a4=-1.483×10-8，a6=-3.192×10-12，Ra=0.221，Rt=0.761（3）：R=102.655，k=0.655，a4=-1.483×10-8，a6=-3.192×10-12，Ra=0.221，Rt=0.761（4）：R=102.64，k=0.6545，a4=-1.483×10-8，a6=-3.192×10-12，Ra=0.126，Rt=0.475（5）：R=102.64，k=0.6555，a4=-1.483×10-8，a6=-3.192×10-12，Ra=0.126，Rt=0.475（6）：R=102.64，k=0.655，a4=-1.475×10-8，a6=-3.192×10-12，Ra=0.118，Rt=0.425（7）：R=102.64，k=0.655，a4=-1.491×10-8，a6=-3.192×10-12，Ra=0.118，Rt=0.425（8）：R=102.64，k=0.655，a4=-1.483×10-8，a6=-3.155×10-12，Ra=0.115，Rt=0.453（9）：R=102.64，k=0.655，a4=-1.483×10-8，a6=-3.230×10-12，Ra=0.118，Rt=0.465。
zemax对激光高斯光束波形仿真--演示文稿
Zr是Rayleigh范围。
Surface specific settings
在surface property中，对每一个面都可以进行 与POP相关的设置：
Gaussian Beam
假腰定距G离a为ussian-2B7e9a7mm为m。：束腰=1.15mm，surf 1 到束 中间的焦平面是在近轴焦点上。 (1)束腰和光束大小不一样； (2)厚度为17.131； (w3a)重ist最新小对；GBPS优化，使surface 6上的Gaussian (4)变量是surface 4的thickness (5)中间平面surface4的thickness变为17.152； (6)Gaussian光束的宽度近似为3.2 micron
1.4高斯光束的特点
在研究普通光学系统的成像时，我们都假定点光 源发出的球面波在各个方向上的光强度是相同的， 即光束波面上各点的振幅是相等的。而激光作为 一种光源，其光束截面内的光强分布是不均匀的， 即光束波面上各点的振幅是不相等的，其振幅A 与光束截面半径r的函数关系为： （1）其中A0为光束截面中心的振幅,w为一个与光 束截面半径有关的参数,r为光束截面半径。光束波 面的振幅A呈高斯(Guass)型函数分布所以激光光束 又称为 高斯光束。
Size of Pinhole
• 减小针孔的大小，会发现Gaussian光斑周围的暗环少了，
光斑质量比较好。
高斯光束三维波形
总结
通过对zemax软件的学习在这次毕业论文的设计中， 我不仅回顾了以前的理论知识，而且还学到了很 多新的知识和实践经验。在准备期间，我利用图 书馆和网络搜索了大量的资料,锻炼了我自主寻找 资料的能力；
三 zemax对高斯光束的模拟：
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第四章设计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）”。
屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。
ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。
用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。
现在，在第一个“波长”行中输入486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。
ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。
现在，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入656。
这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。
在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。
这个指示器指出了主要的波长，当前为486微米。
在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。
主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。
ZEMAX一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。
现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。
现在我们需要为镜片定义一个孔径。
这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。
由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm 的焦距除F/4）。
设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：25。
注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。
除此之外，还要加入一些重要的表面数据。
ZEMAX模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚度（到下一个面的轴上距离），和玻璃。
一些表面也可有其他的数据，我们以后将会讨论到。
注意在LDE中显示的有三个面。
物平面，在左边以OBJ表示；光阑面，以STO表示；还有像平面，以IMA表示。
对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平面，前镜面（同时也是光阑面），后镜面，和像平面。
要插入第四个面，只需移动光标到像平面（最后一个面）的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT键。
这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。
新的面被标为第2面。
注意物体所在面为第0面，然后才是第1（标上STO是因为它是光阑面），第2和第3面（标作IMA）。
现在我们将要输入所要使用的玻璃。
移动光标到第一面的“玻璃（Glass）”列，即在左边被标作STO的面。
输入“BK7”并敲回车键。
ZEMAX有一个非常广泛的玻璃目录可用。
所有我们需要做的仅仅是决定使用“BK7”，ZEMAX会去查找我们所定的玻璃并计算每一个波长的系数。
由于我们需要的孔径是25mm，合理的镜片厚度是4mm。
移动光标到第1面（我们刚才输入了BK7的地方）的厚度列并输入“4”。
注意缺省的单位是毫米。
其他的单位（分米，英寸，和米）也可以。
图E1-1现在，我们需要为镜片输入每一面的曲率半径值。
让我们设想一下，前面和后面的半径分别是100和-100，在第1（STO）和2面中分别输入这些值。
符号约定为：如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。
这些符号（+100，-100）会产生一个等凸的镜片。
我们还需要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个100的值，作为第2面的厚度。
我们怎样才能知道这个镜片是否好呢？也许在镜片设计中，最有用的判断工具是光线特性曲线图。
要产生一幅光线特性曲线图，先选择“分析（Analysis）”菜单，然后选择“图（Fan）”菜单，再选择“光线像差（Ray Aberration）”。
你将会看到光线特性曲线图在一个小窗口显示出来（如果看到任何出错信息，退回并确认是否所有你所输入的数据与所描述的是一致的）。
光线特性曲线图如图E1-1所示。
图形以光瞳坐标的函数形式表示了横向的光线像差（指的是以主光线为基准）。
左边的图形中以“EY”代替εY。
这是Y方向的像差，有时也叫做子午的，或YZ面的。
右图以“EX”代替εX，有时也叫做弧矢的，或XZ面的。
此光学特性曲线表示出了一个明显的设计错误，光线特性曲线通过原点的倾斜表示有离焦现象存在。
图E1-2为了纠正离焦，我们用在镜片的后面的Solve来进行。
SOLVES（参考“SOLVES”这一章）动态地调整特定的镜片数据。
为了将像平面设置在近轴焦点上，在第2面的厚度上双击，弹出SOLVE对话框，它只简单地显示“固定（Fixed）”。
在下拉框上单击，将SOLVE类型改变为“边缘光高（Marginal Ray Height）”，然后单击OK。
用这样的求解办法将会调整厚度使像面上的边缘光线高度为0 ，即是近轴焦点。
注意第2面的厚度会自动地调整到约96mm。
现在，我们需要更新光线特性曲线图看其变化。
从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（Update）”（在窗口任何地方双击也可更新），其光线特性曲线图如图E1-2所示。
现在，离焦已消失，主要的像差是球差。
注意图中比例的改变。
这是不是所能得到的最佳的设计呢？我们下面就要用优化来完成本设计的工作。
首先，我们将告诉ZEMAX，哪个参量在设计中是自由的（这些被称为变量），然后我们将告诉它设计的要求（这些被称为目标（Targets）或操作数（Operands））。
有三个变量可以供我们利用，它门是：镜片的前、后曲率，和第二面的厚度，这些变量可以用离焦来补偿球差。
将光标移到第1面的半径这一列，然后按Ctrl-Z（如果你喜欢用菜单界面，单击“半径”，然后选择SOLVES，再从LDE菜单中选变量“Variable toggle”；你也可以在“半径”上双击，得到一个下拉的选择列，其中包括了变量状态）。
注意，出现“V”表示一个可变的参量。
按Ctrl-Z与菜单的功能相同。
再在第2面半径以及第2面的厚度上设置变化的标志，。
第2面的厚度变化时，它的值会复盖（overrides）先前用求解定出的值。
现在我们需要为镜片定义一个“评价函数（Merit Function）”。
评价函数从数学理念上指出什么样的镜片是好的。
评价函数就象是高尔夫球赛的得分，分数越低越好。
一个理想的镜头（对于一个指定的应用）它的评价函数的值应为0。
为了定义评价函数，从主菜单中选择“编辑（Editors）”菜单下的“评价函数”。
出现一个与LDE类似的电子表格。
从这个新的窗口的菜单条上，选择“工具（Tools）”菜单下的“缺省评价函数”。
再在出现的对话框中，点击Reset，然后OK。
你最终将会明白这些操作的功能，但现在你只需接受缺省值。
ZEMAX很擅长于决定一个和合理的缺省评价函数。
ZEMAX已经为你构建了一个缺省的评价函数，它由一系列的可以使得RMS波前差最小的追迹光线组成。
但这并不够，因为除了使弥散斑尺寸最小外，我们还需要使镜头的焦距为100mm。
如不限定镜头的焦距，ZEMAX会很快地发现，设定焦距无穷大（镜片相当于一个窗玻璃）会得到很好的波前像差。
在第一行中的任何一处单击鼠标，使光标移动到评价函数编辑的第一行，按下INSERT 键插入新的一行。
现在，在“TYPE”列下，输入“EFFL”然后按回车。
此操作数控制有效焦距。
移动光标到“Target”列，输入“100”然后按回车。
其“权重（Weight）”输入一个值：1。
这样我们就完成了评价函数的定义，你可以在窗口的左上角双击，将评价函数编辑器从屏幕中移走，评价函数不会丢失，ZEMAX会自动将它保存。
图E1-3现在从主菜单条中选择“工具”菜单下的“最佳化（Optimization）”，会显示最佳化工具对话框。
注意“自动更新（Auto Update）”复选框。
如果这个选项被选中，屏幕上当前所显示的窗口（如光学特性曲线图）会按最佳化过程中镜头的改变而被自动更新。
在该复选框中单击选择自动更新，然后单击“自动（Automatic）”，ZEMAX会很快地减少评价函数。
单击“退出（Exit）”关闭最佳化对话框。
最佳化的结果是使镜片弯曲。
结果所得出的镜片曲率使得焦距大致为100mm，并且使这个简单的系统具有了一个尽可能小的RMS波前差。
ZEMAX也许不会很确切地将焦距优化到100mm，因为EFFL限制是一个被看作与其他的像差一样的“权重”目标。
图E1-4我们现在可以用光线特性曲线图来研究计算结果。
最佳化的设计结果的最大的像差约为200微米，如图E1-3所示。
衡量光学性能的另一个方法的是产生一个点列图。
为了得到点列图，选择“分析”菜单下的“点列图”选项，然后选其中的“标准（Standard）”。
点列图将会显示在另一个窗口中。
此点列图的弥散大小是400微米。