用ZEMAX设计简易LED准直镜[1]

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。

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

zmax_1单透镜的设计

Zmax-单透镜的设计目的：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。

如：用 BK7 玻璃，在轴上可见光谱范围内，设计一个 F/4 的镜片，焦距为100mm的单透镜。

波长设置：选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）孔径设置：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）选择“系统”中的“通常（General）”菜单项设置表面，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。

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。

此处单透镜来说，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。

分别为：0，1，2，3，面。

输入前镜面玻璃属性，STO面玻璃栏输入BK7。

输入其他参数。

曲率和厚度等。

那么如何判断这个镜片是否合适？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）。

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。

光线特性曲线通过原点的倾斜表示有离焦现象存在。

首先解决离焦的问题，用Solve 来进行操作。

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再次查看RAY离焦已消失，主要的像差是球差。

注意图中比例的改变。

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]。

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！。

[优质文档]zemax自聚焦透镜设计

[优质文档]zemax自聚焦透镜设计目录摘要 (I)Abstract............................................ II 绪论................................................. 1 1 自聚焦透镜简介..................................... 2 1.1自聚焦透镜 ..................................... 2 1.2 自聚焦透镜的特点 ............................... 2 1.3 自聚焦透镜的主要参数 ........................... 3 2 自聚焦透镜的应用................................... 5 2.1 聚焦和准直 ..................................... 5 2.2 光耦合 ......................................... 6 2.3 单透镜成像 ..................................... 7 2.4 自聚焦透镜阵列成像 ............................. 7 3 球面自聚焦透镜设计仿真............................. 9 3.1 确定透镜模型 ................................... 9 3.2 设置波长 (9)3.3数值孔径设定 .................................. 11 3.4 自聚焦透镜光路 ................................ 11 4 优化参数.......................................... 124.1光线相差分析 .................................. 12 4.2聚焦光斑分析 .................................. 14 4.3 3D模型 ....................................... 14 结束语.............................................. 15 致谢.............................................. 16 参考文献.. (17)摘要本文主要说明应用梯度折射率对光传播的影响分析设计自聚焦透镜(GRIN lens)，自聚焦透镜主要应用于光纤传输系统中。

ZEMAX单透镜设计例子详细(多图)

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)、以及波长范围(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xx视窗为透镜资料xx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。

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)。

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。

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.。

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

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。

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。

Zemax光学设计：一个ZR为3的变焦物镜的设计参考

Zemax光学设计：一个ZR为3的变焦物镜的设计参考设计指标：设计一个ZR为3的变焦物镜，像高y`为12.44mm。

设f`4=65.3mm，f`0=100mm≈1.5 f`4。

由以上几个参数，可以计算出该变焦物镜的其他参数，如下表：以上表格的计算结果，可以作为该变焦物镜的初始技术指标和设计参考。

设计仿真：（1）前组的初始结构这个变焦物镜中，前组外径大，主光线高度很高，孔径为D1=2×h pC≈47mm，相对孔径约为1：2.1，焦距f`1为100mm。

按照准直镜的要求进行设计，采用单片+双胶合。

在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”；在波长设定对话框中，设定F.d.C，如下图：查看LDE：查看2D Layout：（2）中组I的初始结构中组I的初始结构采用一对密接的平凹透镜，两片透镜对称，平面相对，材料选择高折射率、低色散的玻璃H-LAK7。

在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”；在波长设定对话框中，设定F.d.C，如下图：查看LDE：此时的焦距f`2约为-36.5mm，和计算值接近。

查看2D Layout：（3）中组II的初始结构中组II的初始结构采用一个双胶合消色差物镜。

在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”；在波长设定对话框中，设定F.d.C，如下图：查看LDE：此时的焦距f`3为100mm。

查看2D Layout：（4）前组、中组I与中组II的续接根据变焦物镜的理想光学模型，间隔d应为57.74mm，但实际取间隔为45mm，主要是考虑透镜的厚度以及间隔不为零。

由于望远镜为afocal系统，为了工作方便，在中组II后面8mm处设置一个理想透镜（Paraxial），后截距和焦距均取65.3mm，即f`4，这是用理想透镜代替后组。

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！。

基于ZEMAX的简单透镜的优化设计

实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计一．实验目的学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。

二．实验要求1.掌握使用ZEMAX实现光学优化设计的基本过程；2.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spotdiagram）、焦点色位移图和场曲图；3.学会面厚度的求解方法，学会定义透镜的边缘厚度解和视场角，进行简单的优化；4. 初步掌握为实际生产和装配考虑的额外设计和优化。

三．实验原理（一）基本设计过程1．拟好设计草图（光路图）；2.软件仿真光路图；3. 优化设计：像质分析评价—优化—再分析评价—再优化--……达到指标；4. 输出结果。

（二）优化设计仿真光路图完成以后，调用各种像质分析图进行像质分析评价，看设计是否达标，如还未达标，则恰当使用各种优化工具进行初步优化；然后再重新进行分析评价，看是否达标，如此反复，直到设计达标。

1.像质分析图。

本实验中需学会调用光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、焦点色位移图和场曲图来进行像质分析评价，各图可从主菜单-分析中调出。

光线像差（ray aberration）特性曲线：关于光瞳坐标函数的光线像差特征曲线，见理论课内容。

光程差（OPD）曲线：见理论课内容。

点列图（Spot diagram）：焦点色位移图（Chromatic Focal Shift）：不同波长（颜色）的光线对于同一个正透镜的不同焦距的曲线，可直观看出色差的大小。

视场、场曲图：见理论课内容。

2.调用优化工具进行优化。

本实验中需掌握solves功能和评价函数(Merit Function)两种优化工具。

(1)Solves功能：解（solves），能使一些函数可以自动地调整特定值，可在曲率、厚度、玻璃名称、半径、圆锥系数等参数上指定；(2)评价函数：评价函数也叫优化函数，可由直接调用系统自带默认评价函数或用户自创评价函数来创建，函数中的变量由用户自己在镜头数据编辑框中设置，函数值会实时显示在评价函数编辑框的表头上，函数值越小，说明优化的结果越好。

Zemax光学设计：一个显微镜照明系统的设计实例

Zemax光学设计：一个显微镜照明系统的设计实例技术指标：设计一个中等倍率显微镜的照明系统。

显微镜的技术规格如下所述：放大倍率：10NA：0.2（CCD对角的1/2）无限远校正系统（infinity corrected ）: 12mm成像镜头焦点距离：200mm工作距离：45mm使用的光源：2mm NA=0.25设计仿真：1.显微物镜的设计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”，并按设计要求输入“8.0”：在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，输入F.d.C三个波长，如下图：LDE的结构参数，如下图：查看2D Layout：查看点列图：然后利用Hammer优化进行玻璃替代来决定玻璃材质。

Hammer优化后的LDE：此时，点列图为：查看波前差，可以看到在全视场内都在衍射极限之内。

2.目镜的设计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”，并按设计要求输入“8.0”：3.在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，输入F.d.C三个波长，如下图：LDE的结构参数，如下图：查看2D Layout：查看点列图：3.显微物镜与目镜的续接先物镜进行翻转，可以使用“Reverse Element”工具来进行翻转。

首先，将孔径类型修改为“Float ByStop Size”。

然后，即使原本的系统没有光瞳像差，翻转后的新系统也可能有光瞳像差。

所以，我们需要打开近轴光线瞄准。

我们可以在光线瞄准 (Ray Aiming) 中选择近轴 (Paraxial) 实现这一步操作。

第三，为了防止翻转后系统尺寸发生改变，我们把每个面的半径值锁定住。

第四，根据原系统点列图上的数值来更改视场类型与数值。