光学设计软件ZEMAX简介
ZEMAX培训课件
编辑项目
编辑项目的方法
用户可以通过zemax的菜单栏或右键菜 单选择编辑项目，也可以通过快捷键 Ctrl+E来编辑项目。
VS
编辑项目的步骤
编辑项目时，用户可以修改项目的各种参 数，如系统名称、波长、视场等，还可以 添加或删除组件、改变组件的位置和属性 等。
光线追迹的高级功能
01
02Βιβλιοθήκη 03光线分束zemax支持对多条光线进 行追迹，并可以设置每条 光线的初始状态和属性， 如能量、偏振态等。
光学材料的分类
光学材料包括透明材料和不透明材料两大类，透明材料如玻璃、水晶等，不透 明材料如金属、陶瓷等。
光学材料的属性
光学材料的属性包括折射率、透射率、反射率、色散等，这些属性对光线的传 播和出射有不同的影响。
导入和导出文件
导入文件
zemax支持导入多种类型的文件，包括.zem文件、.opt文件、.zmx文件等，用户可以通过导入功能将这些文件导 入到zemax中。
导出文件
zemax支持导出多种类型的文件，包括.zem文件、.opt文件、.zmx文件等，用户可以通过导出功能将zemax中 的文件导出到其他应用程序中。
建立新项目
新建项目的方法
用户可以通过zemax的菜单栏或右键菜单选择新建项目，也可以通过快捷键 Ctrl+N来新建项目。
新建项目的步骤
新建项目后，用户需要选择一个模板，设置项目名称、保存路径等参数，然后就 可以开始设计光学系统了。
zemax界面主要包括菜单栏、工 具栏、项目浏览器、工作区等部 分。
工具栏包括常用工具、快捷键等 。
工作区包括设计界面和仿真界面 ，可以方便地进行光学设计和仿 真分析。
02
ZEMAX软件基础介绍
ZEMAX软件基础介绍Zemax软件的介绍ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建⽴反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。
ZEMAX 有三种不同的版本：Standard 标准版（原SE）；Professional 专业版（原EE）；Premium 旗舰版（原IE）。
1主要特⾊1.1分析提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，⽅便分析，且可将分析图形存成图⽂件，例如：*.BMP， *.JPG．．．等，也可存成⽂字⽂件*.txt。
1.2优化表栏式merit function参数输⼊，对话窗式预设merit function参数，⽅便使⽤者定义，且多种优化⽅式供使⽤者使⽤，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。
1.3公差分析表栏式Tolerance参数输⼊和对话窗式预设Tolerance参数，⽅便使⽤者定义。
报表输出多种图形报表输出，可将结果存成图⽂件及⽂字⽂件。
2应⽤领域含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。
Zemax 软件的界⾯1 Zemax 软件的⼯作窗⼝Figure 1 Zemax 默认的⼯作窗⼝2 Zemax 透镜数据编辑器（LDE ）2.1 表⾯类型Zemax 在标准⾯型下有平⾯、球⾯和⼆次曲⾯等选项。
LDE 的Surface Type （表⾯类型）栏分为两列，左边⼀列分为OBJ 、STO 和IMA 三⾏，它们分别对应物⾯、光阑⾯和像⾯；右边⼀列的三⾏是左边三种表⾯的类型。
默认的表⾯类型是标准型，⽤Standard 表⽰。
OBJ 即物⾯被默认为0⾯。
表格 1 不同表⾯的⼆次曲⾯系数菜单栏⼯具栏 LDE表⾯类型曲率半径厚度玻璃半⼝径2.2表⾯的曲率半径Zemax中⾯的曲率半径有正负之分。
光学设计软件ZEMAX实验讲义
1.3 主视窗的操作（Main Windows Operations）
主视窗在执行 ZEMAX 后显示出来，可以用鼠标拖动改变大小，如图 1.1 所示。上部有标 题栏、菜单栏、快捷按钮。底部状态栏中显示当前镜头系统的焦距（EFFL） 、F 数（WFNO） 、入 瞳直径（ENPD） 、系统总长（TOTR） 。 主视窗中的快捷按钮和状态栏中内容可以自定义，菜单栏中有： 文件（File） 展开后有文件的打开（Open） ，新建（New） ，存储（Save） ，另存为（Save as）等，偏好 （Preference）可以修改文字大小，快捷按钮和状态栏中的内容。 编辑器（Editors） 栏中包括 ZEMAX 中所有编辑器命令， 展开后可打开 Lens data editor， Merit function editor。 系统（System） 定义或更新光学系统的光学特性数据，例如相对孔径、视场和选取的工作波长等。 分析（Analysis） 它是 ZEMAX 中的非常重要的菜单之一， 是用来进行像质评价和分析的主要工具， 对于其 中的每一项的数据的含义，单位要很好地理解。主要有：Fans 中的球差（Ray aberration） ，点 列图（Spot diagrams） 、调制传递函数（MTF） 、点扩散函数（PSF） 、波像差（Wavefront） 、圆内 能量集中度（Encircled Energy） ；杂项（Miscellaneous）中的场曲与畸变（Field Curv/Dist） 、轴 向球差（Longitudinal aberration）和垂轴色差（Lateral Color） 。 工具（Tools） 也是 ZEMAX 中的非常重要的菜单之一， 分成七块： 第一块用来进行光学镜头的局部优化 （Optimization） 、全局优化（Global / Search /Hammer Optimization）等；第二块分析镜头的公 差，计算传递函数的点列图，波差等变化量表。第三块是材料选择，有察勘玻璃库或向库中新 增添或删除玻璃条目，寻找简单的透镜数据并插入到透镜数据编辑器中。第四块是镀膜模型。
ZEMAX光学设计软件
Agilent.89600.Vector.Signal.Analyzer.v10.01-ISO 1CD
Aspen EDR v7.1 Cumulative 1CD
Aspen Hysys v7.1 1CD
Maplesoft.Maple.v13.0 1CD
DesignCAD Pro 5000 1CD
COMSOL.Multiphysics.v3.5a.MultiLanguage-ISO 1DVD
LS-DYNA.v9.71.R4.2 1CD
Sysdrill v3.0 1CD
Vulcan 7.5 & SP6 1DVD
ICEM.Surf.v4.8.1-ISO 2CD
的软件．
目前版本以日期为版本，每月更新版本数次，版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential）.
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QQ：394623568
电话：13294332477
CSC Ftrak v15.0 SP4-ISO 1CD
Magma v2005.05.12 Linux 1CD
SynaptiCAD.Product.Suite.v14.00a 1CD
WorkNC G3 v19.13-ISO 1CD
光学设计软件介绍
光学设计ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。
版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。
ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP,*.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。
CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。
除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。
是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。
CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA®）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。
ZEMAX-概况
ZEMAX概况ZEMAX是一套综合性的光学设计软件。
它集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文档整理功能。
具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。
3种不同的版本：SE, XE,和EE。
ZEMAX可以模拟Sequential和non-sequential成像系统和非成像系统。
序列性（Sequential）光线追迹大多数成像系统都可以由一系列顺序排列的光学面来描述。
光线按面的顺序进行追迹。
如相机镜头、望远镜镜头、显微镜头等。
它有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化和进行公差预算。
ZEMAX中的光学面可以是反射面、折射面或衍射面。
也可以建立因为光学薄膜引起的有不同透射率的光学面特性。
面之间的介质可以是各向同性的，如玻璃或空气。
也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。
也支持双折射材料，它的折射率是偏振态和光线角度的函数。
ZEMAX中，所有描述面的特性参数，包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、热系数、透射率和衍射率都可以自定义。
非序列性（Non-sequential）光线追迹很多重要的光学系统不能用sequential光线追迹的模式描述，如复杂的棱镜、光管、照明系统、小面反射镜、非成像系统或任意形状的物件等。
而且散射和杂光也不能用序列性分析的模式。
这些系统要求用non-sequential模式，此时光线以任意的顺序打到物件上。
Non-sequential模式可以对光线传播进行更细节的分析，包括散射光或部分反射光。
进行non-sequential追迹时，ZEMAX用3D solid models光学元件，可以是任意的形状。
支持散射、衍射、渐变折射率、偏振和薄膜。
用光度学和辐射度学的单位。
Sequential 和non-sequential系统ZEMAX还可以在同一个系统中使用sequential和non-sequential光线追迹模式。
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？
光学设计软件ZEMA简介
透镜用火石玻璃， 通过正确选择玻璃，可以校正 球差、彗差和轴向色差， 有些设计，可以通过将单透镜分裂为双胶合透镜得到改进。 双胶合透镜包含的结构参数有： 3个曲率半径， 3个厚度值， 2种玻璃的折射率和V-number， 光栏的位置。
光学设计软件ZEMAX简介
赵晨光
什么是ZEMAX？
设计工具，助手
ZEMAX是一个用来模拟、分析和辅助设 计光学系统的程序。
同类型的光学设计软件还有Code V， Tracepro，Oslo等。
ZEMAX特点
界面友好，容易上手，资料丰富 可建立反射、折射、衍射及散射等模型 可进行偏振、镀膜和温度、气压等分析 有强大的像质评价和分析功能 丰富的资料库，大量现成的镜头和玻璃、样
Paraxial working F/#
像空间近轴工作F数(1/2ntg)
Object Cone Angle
物空间边缘光线的半角
设定视场（Field)
可以设置12个视场，可以是下面四种形式： ﹡物方视场角（Angle(Degree)） ﹡物高（Object Height） ﹡近轴像高（Paraxial Image Height） ﹡实际像高（Real Image Height）
镜头数据
面形 注释 曲率半径 厚度 材质 孔径 镀膜
练习
目的：练习如何建立初始结构、设定视场和 工作波长。
题目：建立一个单透镜，入瞳直径20mm， 两个面的曲率半径分别为50mm，-70mm， 中心厚度为4mm
视场0，7，10度 波长：可见光 玻璃材料：BK7
例子：双胶镜头设计
zemax厚度边界值
zemax厚度边界值摘要：1.介绍Zemax 软件2.解释厚度边界值3.讨论如何在Zemax 中设置厚度边界值4.阐述设置厚度边界值的重要性5.总结正文：一、Zemax 软件简介Zemax 是一种光学设计软件，广泛应用于光学系统的设计与分析。
该软件能够通过计算、建模和优化光学系统，帮助工程师们设计出高性能的光学设备。
Zemax 支持多种光学元件，如透镜、反射镜、光栅等，可以模拟各种复杂的光学系统。
二、厚度边界值的概念在光学设计中，厚度边界值是指光学元件的厚度在一定条件下的极限值。
当元件厚度小于或大于这个值时，光学系统的性能会发生明显变化。
设置合适的厚度边界值，可以保证光学系统的成像质量和光学性能。
三、如何在Zemax 中设置厚度边界值在Zemax 中设置厚度边界值，可以通过以下几个步骤完成：1.打开Zemax 软件，创建一个新的光学设计项目。
2.在“光学系统”菜单中，选择“物镜”或“目镜”，创建一个新的光学系统。
3.在“元件库”中，选择需要设置厚度边界值的元件，如透镜或反射镜。
4.在元件的属性中，找到“厚度”选项，并输入合适的厚度值。
5.点击“优化”按钮，开始优化光学系统。
6.在优化过程中，Zemax 会自动计算并调整元件厚度，以达到最佳的光学性能。
四、设置厚度边界值的重要性设置合适的厚度边界值，对于保证光学系统的性能至关重要。
如果元件厚度过小，可能导致光学系统的像差增大，影响成像质量；而元件厚度过大，可能导致光学系统的透过率降低，影响光学性能。
因此，合理设置厚度边界值，可以提高光学系统的整体性能。
五、总结Zemax 是一种强大的光学设计软件，能够帮助工程师们设计出高性能的光学设备。
在设计过程中，合理设置元件厚度边界值，可以保证光学系统的成像质量和光学性能。
光学设计软件介绍
光学设计软件介绍1. Zemax：Zemax是当今最为流行和广泛应用的光学设计软件之一、它提供了强大的功能和易于使用的界面，可以用于设计和优化各种类型的光学系统，如透镜、反射器、光栅等。
Zemax还提供了先进的仿真和分析工具，能够帮助用户评估光路损耗、光场分布、成像质量等关键指标。
2. Code V：Code V是由Synopsys公司开发的一款全面的光学设计和分析软件。
它拥有丰富的设计功能和优化算法，可用于设计复杂的光学系统，如显微镜、望远镜、光纤耦合器等。
Code V支持各种非球面和广角光学元件，具有高度的灵活性和可扩展性。
3. TracePro：TracePro是一款用于进行光学和照明系统设计的综合仿真软件。
它提供了全面的光线追迹和散射分析功能，能够准确模拟和预测光学系统的性能。
TracePro还具备友好的用户界面和强大的可视化工具，可帮助用户直观地分析和优化光学系统。
4. LightTools：LightTools是一款由Synopsys公司开发的全面的光学设计和分析软件。
它支持多种光学元件和材料，可用于设计和优化光纤、LED照明、激光器等光学系统。
LightTools还提供了先进的光学建模、优化和分析工具，可帮助设计师快速获得最佳的光学系统设计。
5. OpticStudio：OpticStudio是一款由Zemax公司开发的全面的光学设计软件。
它提供了丰富的光学元件库和设计工具，可用于设计和优化各种类型的光学系统。
OpticStudio还具备强大的仿真和分析功能，能够帮助用户评估光学系统的成像质量、光路损耗等性能参数。
6.FRED：FRED是一款用于计算光学传输和成像效果的先进光学仿真软件。
它提供了全面的光学建模和优化工具，可用于设计和分析复杂的光学系统。
FRED还具备强大的散射、波面传播和光学杂散等分析功能，可帮助用户评估光学组件和系统的性能。
以上是一些常见的光学设计软件的介绍。
每款软件都有其特点和适用领域，用户可以根据具体需求选择适合自己的软件。
ZEMAX主要功能介绍
ZEMAX主要功能介绍1.光学设计：ZEMAX可以用于各种类型的光学设计，包括折射和反射结构的透镜、物镜、反光镜和棱镜等。
设计人员可以使用ZEMAX提供的各种工具进行光学元件的几何参数设定、曲面形状设计和光束传播仿真，从而实现光学系统的高效设计。
2.光束传播分析：通过ZEMAX的光束传播分析功能，用户可以对光束在光学系统中的传播进行模拟和优化。
这包括光束的展宽、光线反射、折射和散射等。
用户可以根据需要进行光束修正和优化，以达到预期的光学性能。
3.焦点分析：ZEMAX提供了强大的焦点分析工具，可以评估光学系统的焦点质量。
用户可以使用这些工具来分析和优化光束的聚焦度、聚焦点的大小和形状，并进行光学系统的调整，以获得更好的聚焦性能。
4.像差分析：ZEMAX能够对光学系统的像差进行分析和优化。
用户可以使用像差分析工具来评估和改进光学系统的畸变、球差、色差、像散、象散等像差参数。
通过调整光学元件的参数和位置，用户可以改善光学系统的像差性能。
5.系统优化：ZEMAX具有强大的系统优化功能，可以自动调整和优化光学系统的参数。
用户可以使用ZEMAX提供的优化算法来实现光学系统的最佳设计。
这可以包括调整曲面形状、镜片厚度、曲面间距和光学元件的位置等。
6.散射分析：ZEMAX可以进行散射分析，以评估和优化光学系统中的散射效应。
用户可以使用ZEMAX提供的散射分析工具来模拟和优化散射的光束传播和光学系统中的散射损失。
7.结果可视化：ZEMAX提供了丰富的结果可视化功能，用户可以对仿真结果进行图形和图像的展示。
这包括光束传播路径图、片面图、距离图、相位图和散射图等。
通过结果可视化功能，用户可以更清晰地理解和评估光学系统的性能。
总之，ZEMAX是一款功能强大的光学设计和仿真软件，提供了丰富的工具和功能，支持各种类型的光学元件和系统的设计、分析和优化。
无论是从事光学研发、光学工程或光学教学领域的专业人士，都可以通过ZEMAX来提高光学设计的效率和准确性，实现更好的光学系统设计和优化。
Zemax软件在光学设计
TFCalc
• TFCalc是一个著名的光学薄膜设计软件，用于 设计和加工光学薄膜镀膜 • 许多光学元件需要多层膜系设计，如棱镜、显示 器、眼镜片等。为了控制从X射线到远红外线的 波长范围内的光的反射和透射，光学薄膜取决于 它需要如何控制光的干涉和吸收，TFCalc让您 轻松的设计出您的光学系统中光学元件所需的薄 膜层
ZEMAX
• Zemax是美国zemax公司设计的专用光学设计 软件包 • 可实现序列和非序列分析 • 用于光学组件设计及照明系统的照度分析，也 可建立反射、折射、绕射等光学模型 • 分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参 数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文 件，例如：*.BMP, *.JPG等，也可存成文字文 件*.txt
二. ZEMAX概述
• ZEMAX能做什么？
ZEMAX是一个程序，它能够建模、分析以及辅助设计 光学系统
•
ZEMAX不能做什么？
ZEMAX只是一个工具，它不能教会你如何设计镜头和 光学系统，使用工具的你才是设计师；ZEMAX不能取 代工程实践，设计师的责任是检查ZEMAX模拟结果的 合理性与可行性
•
• • •
杂光学系统 Code V自带的专利库包含了多种镜头，可 供用户在初始设计时选择 可以与多种机械CAD软件交换数据，可以 输出多种标准加工图纸 有外部程序接口，用户可以用它根据需要 对 软件进行扩充和修改 成像领域中功能最强大，价格最高
OSLO
• 用于照相机、通讯系统、军事\空间应用、科 学仪器中的光学系统设计，在确定光学系统中 光学元件的最佳大小及外形时具有突出优势 • 适用于序列及非序列系统 • 优点是以设计者为导向的设计风格，用户界面 直观；功能强大精度高 • 灵活性强，其提供的CCL语言相对于其它光学 软件更灵活
ZEMAX主要功能介绍
ZEMAX主要功能介绍1.建模和设计工具：ZEMAX提供了一系列建模和设计工具，使用户能够轻松创建光学元件、光学系统和光学薄膜。
用户可以使用预设的元件和表面来构建模型，也可以根据需要自定义元件和表面。
此外，ZEMAX还提供了各种设计工具，如系统优化、光路追迹、散射和吸收计算等，使设计过程更加方便和高效。
2.光束追迹和光学分析：ZEMAX具有强大的光束追踪功能，能够准确模拟和分析光束在光学系统中的传播。
用户可以通过改变光束参数、元件位置和光学参数来研究光束的传播特性，并且可以观察和分析光束在系统中的聚焦性能、衍射效果等。
此外，ZEMAX还提供了丰富的光学分析工具，如球差、像差、畸变等，用于评估和优化光学系统的性能。
3.材料和涂层库：ZEMAX内置了大量的光学材料和涂层库，用户可以方便地选择合适的材料和涂层来设计其光学系统。
材料库包含了各种光学材料的光学参数，用户可以根据实际应用需求选择最合适的材料。
涂层库包含了各种光学薄膜的参数和调制方法，用户可以根据需要为光学系统设计合适的涂层。
4.教育和培训资源：ZEMAX提供了丰富的教育和培训资源，帮助用户快速上手和深入了解软件的使用。
官方网站上提供了大量的教程、案例和视频教程，用户可以根据自己的需求选择学习内容。
此外，ZEMAX还提供了在线培训和研讨会，使用户能够与其他用户和专家进行交流和学习。
5.扩展性和接口：ZEMAX具有良好的扩展性和接口，可以与其他软件和硬件进行集成。
用户可以自定义和添加自己的插件和脚本，扩展ZEMAX的功能和应用范围。
此外，ZEMAX还支持与CAD软件、光学仪器和数据采集设备进行接口，实现数据的输入和输出。
总结起来，ZEMAX是一款功能强大的光学设计软件，具有建模和设计工具、光束追踪和光学分析、材料和涂层库、教育和培训资源以及扩展性和接口等主要功能。
它能够帮助用户快速、准确地进行光学系统的设计和优化，提高研发效率和产品质量。
无论是光学工程师、研究人员还是学生，都能够通过使用ZEMAX来实现其光学设计和仿真的需求。
zemax光纤耦合效率
zemax光纤耦合效率（实用版）目录1.介绍 Zemax 软件2.解释光纤耦合效率3.探讨影响光纤耦合效率的因素4.分析提高光纤耦合效率的方法5.总结正文一、Zemax 软件简介Zemax 是一种光学设计软件，广泛应用于光学系统的分析和设计。
它提供了一系列先进的光学分析和优化工具，能够帮助工程师们快速、准确地完成光学系统的设计。
二、光纤耦合效率概述光纤耦合效率是指光纤与光源之间的能量传递效率。
在光学系统中，光纤作为传输介质，其耦合效率直接影响到系统的传输效率和性能。
因此，研究光纤耦合效率对于光学系统的设计具有重要意义。
三、影响光纤耦合效率的因素光纤耦合效率受多种因素影响，主要包括以下几点：1.光源的特性：光源的波长、光谱宽度和光强分布等都会影响光纤的耦合效率。
2.光纤的特性：光纤的纤芯直径、包层直径、折射率和光纤长度等参数会影响光纤的耦合效率。
3.耦合器的特性：耦合器的类型、尺寸和形状等因素也会对光纤的耦合效率产生影响。
4.环境因素：如温度、压力和湿度等环境因素也可能对光纤的耦合效率产生影响。
四、提高光纤耦合效率的方法针对影响光纤耦合效率的各种因素，可以采取以下措施提高光纤耦合效率：1.选择合适的光源：根据光纤的特性选择波长匹配、光谱宽度适中的光源。
2.选择合适的光纤：根据应用需求选择纤芯直径、包层直径、折射率等参数合适的光纤。
3.选择合适的耦合器：根据光纤和光源的特性选择合适的耦合器类型，并优化其尺寸和形状。
4.控制环境因素：保持工作环境温度、压力和湿度稳定，以减小环境因素对光纤耦合效率的影响。
五、总结Zemax 软件在光学系统设计中具有重要作用，通过分析光纤耦合效率的影响因素并采取相应措施，可以有效提高光学系统的性能。
ZEMAX光学设计软件简介
光学设计软件简介光学设计软件成像设计：CodeV（ORA 公司产品，USA）Zemax（ZEMAX Development CorporationOSLO( Lambda Research Corporation 公司，USA)照明设计：Lightools（ORA 公司产品）ASAPTraceproODIS光通讯设计软件：OptiWave薄膜设计：TFCalc, Filmstar 等nCodeV（ORA 公司产品，USA）——成像光学设计分析软件CodeV（ORA 公司产品，USA）——功能Zemax（Zemax公司，USA）——光学设计分析软件Oslo（Lambda Research Corporation 公司，USA）——成像设计分析软件Lightools（ORA 公司产品，USA）——照明光学设计分析软件ASAP(Breault Co.) ——照明光学设计分析软件3) 光学设计应用广泛眼镜照相机、CD、VCD/DVD 、DC、DV等扫描仪、复印机、投影仪等显微镜、内窥镜、X光机等日常照明、汽车车灯等望远镜、瞄准仪、测量仪器激光、卫星等光纤通讯等非成像光学、太阳能利用等Zemax 简介Zemax 公司开发光学设计软件• 功能完整（设计、分析、优化、公差分析等）• 使用方遍• 光线追迹算法—序列光线追迹—非序列光线追迹（蒙特卡罗算法）完整的数据表格式输入，编辑方便多功能分析（MTF 、点列图等）多种优化方式公差分析能力其他CAD 文件格式转换等Zemax 软件特点版本SE：标准版XE：完整版EE：专业版（可算非序列）Zemax 用户界面主要有四种用户界面—Editors: 编辑各种光学面参数或其他参数—Graphic Windows: 显示各种图形数据—Text Windows: 显示各种文本数据—Dialog Boxes: 编辑其他各种Window 的数据或报告错误信息。
1）EditorsLens Data Editor：输入透镜参数Merit Function Editor ：优化函数构建Multi-Configuration Editor：多重结构参数定义Tolerance Data Editor ：公差分析函数设定Extra Data Editor：附加数据Non-Sequential Components Editor: 非序列光学系统Lens Data EditorMerit Function EditorMulti-Configuration EditorTolerance Data EditorNon-Sequential Component Editor2）图形窗口Layout生成dxf 文件Ray FanMTF将物分解为各种空间频率的谱，光学系统的光学特性可视为对各种空间频率的传递和反应能力，从而建立光学传递函数的评价方法。
常用光学设计软件介绍
常用光学设计软件介绍1. Zemax OpticStudio：Zemax OpticStudio 是一个功能强大的光学设计和仿真软件，广泛应用于光学元件和系统的设计、优化和验证。
它提供了完整的光学设计工作流程，包括光学母玻璃选取、曲面设计、光学系统优化、光学散射分析等。
OpticStudio 还包含了先进的非顺序光线追溯功能，可以模拟多个光学元件间的光学相互作用。
此外，它还提供了强大的图形用户界面，方便用户进行直观的光学分析和优化。
2.CODEV：CODEV是一种广泛使用的光学设计软件，特别适用于复杂的光学系统设计。
它提供了多种先进的光学设计和分析功能，包括非球面表面设计、自由曲面设计、非线性优化等。
CODEV还提供了强大的光学系统分析和优化工具，可以根据用户需求快速生成光学系统的性能和传递函数图。
此外，CODEV还支持自定义脚本和插件开发，满足用户独特的光学设计需求。
3. LightTools：LightTools 是用于高级光学系统设计和仿真的全面软件套件。
它提供了直观的图形用户界面和实时的光学仿真功能，可以帮助用户进行精确的光学系统建模和分析。
LightTools 包括了多种光学元件和材料的建模工具，以及先进的光学系统优化和分析功能。
此外，LightTools 还支持蒙特卡罗光线追踪和光学散射分析，可以模拟光在复杂表面和散射材料上的传输和反射特性。
4.FRED：FRED（Fast Reverse Engineering Design）是一种用于光学系统设计和分析的先进软件。
它提供了一系列强大的光学设计工具，包括光线追迹、非顺序光线追踪、光学优化等。
FRED 还支持自由曲面设计和非球面镜设计，在复杂光学系统的建模和优化中具有重要的应用。
此外，FRED 还提供了丰富的光学分析工具，可以帮助用户评估光学系统的性能和优化方案。
5.ASAP：ASAP（Advanced Systems Analysis Program）是一个广泛使用的光学设计和仿真软件。
zemax 非序列 面上的光斑大小
zemax 非序列面上的光斑大小
（原创版）
目录
1.介绍 Zemax 软件
2.解释非序列概念
3.阐述面上的光斑大小
4.说明 Zemax 在非序列面上光斑大小分析的应用
正文
一、Zemax 软件简介
Zemax 是一种光学设计软件，广泛应用于光学系统的分析和设计中。
它提供了一系列的工具和功能，可以模拟光学系统的性能，预测光学系统的成像质量，并优化光学系统的设计参数。
在光学研究、工程应用等领域具有重要的实用价值。
二、非序列概念解释
非序列，是指在光学系统中，光的传播并不是按照时间顺序进行的。
也就是说，在非序列光学系统中，光的传播并不是一个严格按照时间顺序进行的过程，而是可以同时进行多个过程。
三、面上的光斑大小阐述
面上的光斑大小，通常是指光学系统成像时，光源在成像面上形成的光斑的直径。
光斑大小通常用毫米或者波长来表示。
光斑大小直接影响到成像质量，一般来说，光斑越小，成像质量越高。
四、Zemax 在非序列面上光斑大小分析的应用
Zemax 软件可以在非序列面上分析光斑大小，通过模拟和计算，可以得到不同设计参数下的光斑大小，为光学系统的设计提供了重要的参考数
据。
此外，Zemax 还可以通过优化算法，自动寻找使光斑大小最小的设计参数，进一步提高光学系统的成像质量。
光学设计软件ZEMAX简明教程
联合优化
运用ZEMAX的联合优化功能 ，同时调整多个透镜的形状和 厚度，优化整体成像质量。
分析像差校正
利用ZEMAX的像差分析工具 ，分析并校正组合透镜的像差
。
特殊透镜设计方法探讨
非球面透镜设计
探讨非球面透镜的设计方法，如高次非球面 、自由曲面等。
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。
评价函数设置
在优化过程中，需要设置合适的评价函数以评估设计质量。可以通过添加、修改或删除操 作数来定制评价函数。
常见问题解决方案
镜头无法收敛
尝试调整优化算法参数、增加约束条件或修 改初始结构。同时检查系统参数设置是否合 理。
图像质量不佳
检查光学系统的像差，如球差、彗差等。通过优化 或更改设计参数来改善图像质量。
参数设置及优化技巧
系统参数设置
在“System”菜单下，可以设置系统单位、波长、视场等参数。确保这些参数符合设计 要求。
优化算法选择
ZEMAX提供多种优化算法，如阻尼最小二乘法（Damped Least Squares, DLS）和正交 下降法（Orthogona。
光学设计软件ZEMAX简明教程
目 录
• ZEMAX软件概述 • 光学设计基础知识 • ZEMAX基本操作与设置 • 透镜设计实例分析 • 反射镜设计实例分析 • 系统性能评价与优化 • 高级功能介绍与拓展应用
01 ZEMAX软件概述
软件背景及发展历程
创立初期
01
ZEMAX软件最初是由美国加州大学伯克利分校的光学研究团队
快捷键与自定义设置
ZEMAX支持快捷键操作，用户还 可以根据自己的习惯进行自定义 设置，提高工作效率。
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有些设计，可以通过将单透镜分裂为双胶合透镜得到改进。
3个曲率半径，
双胶合透镜包含的结构参数有：
3个厚度值，
2种玻璃的折射率和V-number， 光栏的位置。
照度 像分析 双目分析 其它 畸变系数 计算 渐变折射率 偏振 膜层 物理光学
工具菜单
优化 公差 套样板 玻璃库 镜头库
报表菜单
表面数据 系统数据 规格数据 图形4/6报告
表面数据
包括表面和单元的光焦度、焦距、边缘厚度、 折射率等信息。
系统数据
包括光瞳位置与大小、倍率、F数等信息。
规格数据
包含了镜头的几乎所有数据。 包含总体数据、表面数据、表面细节、边缘 厚度、多重结构数据、解答和变量、折射率 数据、全局顶点、元素体积、F数、主点等 信息。
宏菜单和扩展菜单
练习
题目：光线通过一个透镜，遇到一个反射镜 以后，反射回来，再次通过这个透镜。 具体要求
物距100，光栏在反射镜上； 透镜厚度10，玻璃为BK7，NA=0.1，两个面的曲 率半径初始值分别为100，－100 透镜到反射镜的距离为100 物高为10，一个视场点；光源波长0.55 对spot radius进行优化 使用pick up保持曲率半径的一致
系统孔径
决定入瞳大小，决定光学系统在物空间收集 多少光线 孔径类型
Entrance Pupil Diameter 入瞳大小 Image Space F/# 像空间近轴F数(f/D) Object Space Numerical Aperture 物空间边缘光线数值孔径 Float by Size 入瞳大小由光栏半径决定 Paraxial working F/# 像空间近轴工作F数(1/2ntg) Object Cone Angle 物空间边缘光线的半角
增加边界约束条件
优化玻璃
第一步：系统General data设置
选择“Gen”按钮，在aperture type中选择Entrance pupil diameter，Aperture value为50。
第二步：视场和波长的设置
点“Fie” 和“Wav”按钮， 视场角为0，7，10三个， 波长直接选择可见光。
选中此项，则存储每个窗口的设置和它们在 屏幕上的大小位置等所有信息。 除了.ZMX文件外，还产生一个.SES文件。
两种光线追迹模式
Sequential or Mixed Sequential/Non-Sequential Mode 序列和混合序列与非序列模式（共轴模式）
Non-Sequential Mode 非序列模式（非共轴模式）
用ZEMAX进行设计需要你的光学设计知 识和经验。
参考书目
几何光学.像差光学.设计 李晓彤著 浙江大学出版社 工程光学设计 萧泽新著 电子工业出版社 工程光学基础 徐家骅著 机械工业出版社 应用光学 安连生著 北京理工大学出版社 工程光学 郁道银、谈恒英著 机械工业出版社
ZEMAX界面
ZEMAX界面
ZEMAX是焦点公司的产品，在大陆的代理 商是讯技光电科技(上海)有限公司。 共有三个版本 Zemax-se (标准版) Zemax-xe (完整版) Zemax-ee (专业版)
Hale Waihona Puke ZEMAX能够辅助你设计光学系统，但不 能教你如何去进行镜头或光学系统的设计， 更不能自动智能设计。
第三步：建立surface data
建立6个面，包括Obj, Stop,3 lens和image surface。
输入玻璃牌号，前面为BK7,后面为火石F2。
第四步：为F/#添加Solve
在光学面4的curvature上，增加solve： 将surface 4的radius栏上点右键， 选择F/#的solve type，输入其值为8 ， ZEMAX会自动调整这个面的曲率半径的值。
分析：此功能不是用于改变镜头数据，而是根 据这些数据进行数字计算和图像显示分析。 工具：用来改变镜头数据，可以从总体上对系 统进行计算。包括优化、公差、样板匹配等。 报告：提供镜头设计的相关文档。 宏：用于编辑运行ZPL宏。 扩展功能：提供Zemax提供的扩展功能。
文件菜单
使用session文件
Optimization使用建议
在设计初期优化时不需要追迹所有视场和波 长的光线，这样可以节省时间。 使用视场点平衡 使用solve 尽可能用默认优化函数 要搞清楚哪些量在变 用比较好的初始结构
使用视场点平衡
选择适当的视场点数目，使视场划分为等面 积的圆环。 对比较小的视场，就用0，1两个视场 对中等视场（小于20度），就用0，0.7和 1三个视场 对大的视场，就用0，0.577，0.816和1 四个视场
第五步：建立优化函数
打开Editor>>Merit function，
打开Default merit function对话框，选择 RMS spot radius作为优 化数据，加入边界约束条件。
第六步：设置变量并优化
将2个曲率半径和4个厚度都设置为变量， 优化计算。 结果的2D layout和ray fan如下：
设计要求
用F，d, C光
EPD=50mm F/8 FOV=10度 最小的边缘/中心厚度为4mm，最大中心厚度为 18mm 使用合适的标准 选择合适的玻璃
设计过程
定义系统的孔径
定义视场和波长(各3个) 定义正确的面数
增加F/# solve
假定初始玻璃为常用的冕玻璃和火石玻璃：BK7和F2 建立优化函数，用RMS spot radius优化
编辑菜单
镜头数据 评介函数 多重结构 公差数据 附加数据
系统菜单
通用数据 视场 波长 下一重结构 最后结构
分析菜单
系统外形图 扇形曲线图 点列图 调制传递函数 点扩散函数 波前 表面 均方根 包围圆能量
共轴模式（常用）
以光学面来建构模型。 计算时考虑光学面之顺序。 各光学面只计算一次。 计算速度快,时间短。 可作优化计算(Optimization) 及
公差分析(Tolerance)
非共轴模式
以物件之观念建构模型。 无顺序之考虑。 对同一物件可同时计算穿透,反射,吸收及散 射。 需模拟大量光线(需较长时间)。 最接近真实光线之行为。 无法作优化及公差分析。
使用solve
尽量用solve的功能 如： 在曲率半径上用MRA或F/#控制F/#或EFL 在厚度上用MRH控制焦点的位置 用Pick up 使不同面的对应量之间保持联系
标题栏及快捷键
文件：用于镜头文件的打开、关闭等。 编辑：用于调用其它的编辑窗口。 系统：用于确定整个光学系统的属性。
第七步：分析
哪些像差已经校正了？哪些没有校正？哪个是主要的像差？光 栏的位置如何？
本设计中： (1)不需要专门指定色差的目标值 (2)缺省优化函数对轴上色差有比较好的校正 (3)将光栏向离开透镜的方向移动，会引入横向色差 (4)边界条件基本满足 (5)可以将stop向透镜的方向移动，以减小横向色差。
光学设计软件ZEMAX简介
赵晨光
什么是ZEMAX？
设计工具，助手
ZEMAX是一个用来模拟、分析和辅助设 计光学系统的程序。 同类型的光学设计软件还有Code V， Tracepro，Oslo等。
ZEMAX特点
界面友好，容易上手，资料丰富 可建立反射、折射、衍射及散射等模型 可进行偏振、镀膜和温度、气压等分析 有强大的像质评价和分析功能 丰富的资料库，大量现成的镜头和玻璃、样 板数据，可供用户选择。
设定视场（Field)
可以设置12个视场，可以是下面四种形式： ﹡物方视场角（Angle(Degree)） ﹡物高（Object Height） ﹡近轴像高（Paraxial Image Height） ﹡实际像高（Real Image Height）
工作波长（Wave）
ZEMAX最多可以定义12个工作波长。 必须设定一个主波长（Primary,也称作参 考波长），它是用来计算系统的effective focal length, system apertures, F/#等数值。其它波长可用来计算色差。 根据不同波长的重要性，权重可以不同。 波长单位为微米。
优化（Optimization）
Optimization是Zemax最重要的功能之一 Optimization是通过改变光学系统中的结 构参数的值来提高系统的成像质量的。
Zemax提供了默认的评价函数
Zemax提供了200多种操作数（用4个大 写字母缩写组成），如EFFL，可以控制包 括系统参数、像差、MTF、圆内能量集中 度、光线约束、边界条件约束、玻璃材料的 范围等。
镜头数据
面形 注释 曲率半径 厚度 材质 孔径 镀膜
练习
目的：练习如何建立初始结构、设定视场和 工作波长。 题目：建立一个单透镜，入瞳直径20mm， 两个面的曲率半径分别为50mm，-70mm， 中心厚度为4mm 视场0，7，10度 波长：可见光 玻璃材料：BK7
例子：双胶镜头设计