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红外光学材料
1,进口 CVD 硒化锌 (ZnSe) 红外光学材料
CVD 硒化锌（ ZnSe）是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境
适应能力强，易于加工等特点。它的光传输损耗小，具有很好的透光
性能。是高功率CO2 激光光学元件的首选材料。由于该红外材料的
折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外（FLIR ）热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。同时，该材料还广泛用于医学和工
业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。
CVD ZINC SELENIDE Transmission
Wavelength in Micrometers (t=8mm)
光学性质：
透过波长范围0.5μm---22μm
折射率不均匀性（n/n）<3×10-
吸收系数（ 1/cm） 5.0×10-3@1300nm
7.0×10-4@2700nm
×
10-4@3800nm
4.0
×
10-4@5250nm
4.0
×
10-4@10600nm
5.0
热光系数 dn/dT(1/k,298—358k) 1.07×10-
×10-5@1150nm
7.0
×
10-5@3390nm
6.2
×
10-5@10600nm
6.1
折射率 n 随波长的变化（ 20℃）
波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n) 620 2.599410600 2.4028
1000 2.489213000 2.3850
3800 2.433914600 2.3705
5000 2.429516600 2.3487
7000 2.421817800 2.3333
9000 2.412218200 2.3278理化性质：
晶体结构立方体
密度(g cm-3@298k) 5.27
电阻率(Ω cm)~ 12
10
熔点(℃)1525
化学纯度 (%)99.9996
热膨胀系数 (1/k)
7.1* 10-6@273k
7.8* 10-6@373k
8.3* 10-8 @473k
热导率(J/k .m. s)18.0 @ 298k
热容量(J/g .k)0.339 @298k
knoop 硬度 (kg/mm2)110
抗弯曲强度 (Mpa)55
杨氏模量(Gpa)67.2
泊松比0.28
激光损伤阈值：（10600nm 脉冲激光，脉冲宽度 =15μs）
入射方式损伤阈值（J/cm2）
正入射>20
布鲁斯特角>15
2，进口CVD硫化锌（ZnS）红外光学材料
CVD 硫化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，不溶于水，密度适中，易于加工等特点，广泛应用于红外窗口，整流罩和红外光学元件的制作。和硒化锌（ZnSe）一样，硫化锌（ZnS）也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在8000nm—12000nm波段具有
很好的图像传输性能，该材料在中红外波段也有较高的透过率，但随着波长变短，吸收和散
射增强。与硒化锌（ZNSE）相比，硫化锌的价格低，硬度高，断裂强度是硒化锌的两倍，抗恶劣环境的能力强，非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。
透过率曲线：
CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌)
Wavelength in Micrometer (t =6mm)
CLEARTRAN Transmission （多光谱CVD 硫化锌）
Wavelength in Micrometers (t=9.4mm)
理化性质：
CVD 硫化锌多光谱 CVD 硫化锌密度 (g . cm-3 @ 298k) 4.09 4.09
电阻率 (Ω . Cm)~ 1012~ 101.3
熔点(℃)1827
化学纯度(%)99.9996
热膨胀系数 (1/k) 6.6* 10 -6@273k
7.3* 10 -6@373k
热导率(J/k.m.s)16.7@298k
热容量(J/g.k)0.469@298k knoop 硬度 (kg/mm2)200-235
抗弯曲强度(Mpa)103
杨氏模量(Gpa)74.5
泊松比0.29
光学性质：
CVD
硫化锌
透过范围波长1000nm---14000nm
折射率不均匀性（n/n
）<7.3* 10 -4@10600nm
吸收系数(1/cm)0.2 @ 10600nm
热光系数
dn/dt(1/k,298-358k) 4.6* 10 -5@1150nm
4.3* 10 -5@3390nm
4.1* 10 -5@10600nm
99.9996
6.3* 10 -6 @273k
7.0* 10 -6 @373k
27.2@298k
0.515@298k
160
74.5
0.28
多光谱CVD硫化锌370nm—14000nm
<0.2* 10 -
0.2 @10600nm
5.43* 10 -
4.21* 10 -5@1150nm 3.87* 10 -5@3390nm
折射率随波长的变化
（CVD 硫化锌（ ZNS）（20 摄氏度）
波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n) 620 2.3559800 2.203
1000 2.29210600 2.192
3800 2.25311400 2.180
5000 2.24612200 2.167
7000 2.23213800 2.132
9000 2.21214200 2.126
多光谱 CVD 硫化锌 (CLEARTRAN ZnS)(20 摄氏度 )
波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n) 400 2.5458000 2.223
1010 2.2929000 2.213
2060 2.26410000 2.201
3500 2.25511250 2.183
4500 2.25012000 2.171
5000 2.24713000 2.153
3,进口氟化钙 (CaF2) 和氟化镁 (MgF2) 晶体
氟化钙 (CaF2)和氟化镁 (MgF2)晶体，硬度高，抗机械冲击和热冲击能力强，在紫外，可见和红外波段具有良好的透过率，广泛用于激光，红外光学，紫外光学和高能探测器等科技领域，特别是它们在紫外波段的光学性能很好，是目前已知的紫外截止波段的光学晶体，透过率高，荧光辐射很小，是紫外光电探测器，紫外激光器和紫外光学系统的理想材料。与氟化钙 (CaF2) 不同的是氟化镁 (MgF2) 是一种双折射晶体。
透过率曲线：
Calcium Fluoride (CaF2)
Wavelength (micrometers)
Magnesium Fluoride (MgF2)
Wavelength ( micrometers)
物理性质：
氟化钙 (CaF2)氟化镁 (Mgf2)
密度 (g . cm-3 ) 3.18 3.177
介电常数 6.76 @1HMZ 4.87( 平行 C 轴 ),5.44( 垂直 C
轴 )
熔点(℃)13601255
化学纯度(%)99.999699.9996
热膨胀系数 (1/℃)18.85* 10 -613.7* 10 -6(平行 ) 驶 8.48*
10-6 (垂直 )
7.3* 10 -6@373k7.0* 10 -6 @373k
热导率(J/k.m.s)9.710.3 @ 27℃
热容量(J/g.k)0.854 1.003 @ 298k knoop 硬度 (kg/mm2)158.3415
杨氏模量 (GPa)75.8138.5
剪切模量(GPa)33.7715.66
泊松比0.260.276
体弹模量 (Gpa)82.71101.32
光学性质：
氟化钙 (CaF2(氟化镁 (MgF2)
透过波长范围130nm---10000nm110nm— 7500nm
反射损耗（ 2 面） 5.4% @ 5000nm11.2% @ 120nm
5.1% @ 1000nm
热光系数 .dn/dT(1/℃ )-10.6*10 -6 2.3*10-6 @ 400mnm 折射率性质：
(CaF2)
波长 (nm)折射率 (n)波长 (nm)折射率 (n)
190 1.512650 1.42
210 1.493900 1.41
250 1.475000 1.40
330 1.456200 1.38
410 1.447000 1.36
880 1.438220 1.34
(MgF2)
波长 (nm)折射率 (n1)折射率 (n2)
200 1.42 1.43
230 1.41 1.42
270 1.40 1.41
340 1.39 1.40
560 1.38 1.39
4,进口氟化钡红外光学材料
氟化钡 (BaF2)在 200—9500nm 光谱范围有接近 90%的光学透过率。通常应用于低温制冷成像系统，航天光学系统和激光光学系统中的透镜，分束镜，滤光片，棱镜和窗口等。该材料
有一定的水溶解主适合干燥环境下使用。
光学性质 :
透过波长范围150nm—12500nm
吸收系数 (1/cm) 3.2*10 -6 @6238nm
热光系数 ,dn/dT (1/k)-15.2*10 -6 @400nm
-12.7*10 -60@3390.nm(-60℃)
-15.2*10 -60@3390.nm(+60℃ )
10-6
透过率曲线 :
Barium Fluoride (BaF2)
Wavelength ( μ m)
理化性质：
密度(g cm-3) 4.89
熔点(℃)1280
介电常数7.33 @ 2MHZ
热膨胀系数 (1/℃)
1.81*10-6@-100----+200
体弹模 (Gpa)56.4
剪切模 (Gpa)25.4
热导率(J/k .m. s)11.72 @ 286k
热容量(J/g .k)0.410 @300k
knoop 硬度 (kg/mm2)82
视在弹性极限 (Mpa)26.89
杨氏模量(Gpa)53.07
泊松比0.343
带隙 (ev)26.89
水溶性 (g/l) 1.7
折射率随波长的变化 :)(20℃)
波长 (nm)折射率 (n)波长折射率260 1.515140 1.45
300 1.506500 1.44
360 1.498000 1.43
480 1.488600 1.42
850 1.479200 1.41
3240 1.469800 1.40
5,氟化锂 (LiF) 晶体
氟化锂 (LiF) 晶体是常用红外光学材料中折射率最小的，它的透射光谱范围为120nm—7000nm，通常用于热成像系统，航天光学系统和准分子激光光学系统的透镜，棱镜和窗口。该材料的水溶解度较高，热膨胀系数较大，大大气环境下使用时，要采取特别的措施防止其潮解和变形。
透过率曲线：
Wavelength (micrometers)
理化性质 :
密度(g cm-3) 2.639
熔点(℃)870
介电常数9.1 @ 25℃热膨胀系数 (1/℃)
37*10-6
体弹模量 (Gpa)62.03
剪切模量 (Gpa)55.14
热导率(J/k .m. s)40.1 @ 41℃
热容量(J/g .k) 1.562 @10℃knoop 硬度 (kg/mm2)102-113
视在弹性极限 (Mpa)11.2
杨氏模量(Gpa)64.79
泊松比0.32
弹性系数C11=97.4 C11=40.4C11=55.4
水溶解性 (g/l) 2.7
光学性质 :
透过波长范围120nm—7000nm
折射率 1.3943 @ 500nm
热光系数 ,dn/dT (1/k)-12.7*10 -6 @600nm
反射损耗 (%) 5.3 @500.nm
折射率随波长的变化 :)(20℃)
波长 (nm)折射率 (n)波长折射率200 1.51600 1.45
220 1.501750 1.44
240 1.492750 1.43
290 1.483400 1.42
390 1.47
6 砷化镓 (GaAs) 晶体
砷化镓 (GaAs) 晶体的化学稳定性好透过率 , 广泛应用于热红外成像系统窗口需要反复擦拭的条件下 , 砷化镓
,硬度高 ,抗恶劣环境能力极强,它在2μm--- 14μm光谱范围有很好的, 大功率 CO2激光光学系统和FLIR 系统 . 在现场环境很差, 光学镜头或(GaAs) 常被用来替代硒化锌(ZnSe) 作为红外镜头或窗口的材料.
透过率曲线 :
Gallium Arseide (GaAs)
Wavelength( μm)
理化性质 :
密度(g cm-3) 5.32 @300K
熔点(℃)1238
介电常数静态 /高帧12.85/10.88 @ 300K
热膨胀系数 (1/℃)
5.7* 10-6 @300K
体弹模量 (Gpa)101.32
剪切模量 (Gpa)55.66 @298K
热导率(J/k .m. s)55 @ 300K
热容量(J/g .k)0.32
knoop 硬度 (kg/mm2)731
视在弹性极限 (Mpa)49.46
杨氏模量(Gpa)138.5 @298K
泊松比0.31 @293K
Debye 温度 (k)360
带隙 (ev) 1.4
光学性质 :
透过波长范围1000nm— 14000nm
吸收系数0.01 @ 2500nm— 11000nm
热光系数 ,dn/dT (1/k)160-120*10-6—
12000nm
@3000nm
折射率随波长的变化 :)(20℃)
波长 (nm)折射率 (n)波长折射率
4000 3.3114500 2.82
8000 3.3415000 2.73
10000 3.1317000 2.59
11000 3.0419000 2.41
13000 2.9721900 2.12
13700 2.89
7,国产锗 (Ge)单晶
锗 (Ge)单晶是一种化学惰性材料,它的透射光谱范围为2--12μm,是一种非常常用的红外光学材料,具有硬度高 ,导热性好 ,不溶于水等特点.广泛用于红外成像系统和红外光谱仪系统.锗单晶的机械性能和导热性
能好 ,在 10.6μm 处的吸收很小 ,是 CO2 激光透镜 ,窗口和输出耦合镜的理想材料.锗 (Ge)单晶还被用做各种红
外滤波器的基底材料.
透过曲线 :
Germanium(Ge)
Wavelength( μm)
理化性质 :
密度(g cm-3) 5.33
熔点(℃)936
介电常数静态 /高帧16.6 @ 9.37GHZ(300K)
热膨胀系数 (1/℃)
6.1* 10-6 @298K
体弹模量 (Gpa)77.2
剪切模量 (Gpa)67
热导率(J/k .m. s)58.61 @ 293K
热容量(J/g .k)0.31
knoop 硬度 (kg/mm2)780
杨氏模量(Gpa)102.7
泊松比
C110.28
弹性系数1111
=129 C =48.3 C =67.1光学性质 :
透过波长范围2000nm— 12000nm
吸收系数 (1/cm) 1. 1.3*10 -3 @ 3800nm
2.3*10-2 @ 10600nm
热光系数 ,dn/dT (1/k) 4.08*10-4 @10600nm
折射率随波长的变化 :)(20℃)
波长 (nm)折射率 (n)波长折射率
2200 4.08798000 4.0057
3000 4.04519000 4.0040
3800 4.026710600 4.0028
5000 4.016011000 4.0025
6000 4.010712000 4.0021
7000 4.007913000 4.0018
8,进口硅 (Si)单晶
硅 (Si) 单晶是一种化学惰性材料 ,硬度高 ,不溶于水 .它在 1-7μm 波段具有很好的透光性能,同时它在远红外波段 300-300μm也具有很好的透光性能,这是其它光红外材料所不具有的特点.硅 (Si) 单晶通常用于3-5μm 中波红外光学窗口和光学滤光片的基片.由于该材料导热性能好,密度低 ,也是制作激光反射镜的常用材料.
透过曲线 :
理化性质 :
密度(g cm-3) 2.33
熔点(℃)1420
介电常数13 @ 10GHZ
热膨胀系数 (1/℃)
4.15* 10-6
体弹模量 (Gpa)102
剪切模量 (Gpa)79.9
热导率(J/k .m. s)163.3 @ 273K
热容量(J/g .k)0.733
knoop 硬度 (kg/mm2)1150
杨氏模量(Gpa)131
泊松比0.266
弹性系数C11=167 C11=65C11=80
光学性质 :
透过波长范围1000nm— 10000nm 30000nm— 300000nm
热光系数 ,dn/dT (1/k) 1.6*10 -4
吸收系数 (1/cm) 1.6*10 -3 @3000.nm
折射率随波长的变化 :)(20℃)
波长 (nm)折射率 (n)波长折射率
1357 3.49754000 3.4257
1367.3 3.49264258 3.4245
1395.1 3.49294500 3.4236
1529.5 3.47955000 3.4223
1660.6 3.46965500 3.4213
1709.2 3.46646000 3.4202
1813.2 3.46086500 3.4195
1970.2 3.45377000 3.4189 2152.6 3.44767500 3.4186 2325.4 3.4438000 3.4184 2714.4 3.43588500 3.4182 3000 3.43210000 3.4179 3303.3 3.429710500 3.4178 3500 3.428411040 3.4176
浅析光学显微镜机械结构设计
浅析光学显微镜机械结构设计 发表时间：2019-04-28T09:29:27.077Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：朱濛1 陈振波2 孔欢3 王鹏程4 姚新科5 [导读] 摘要：光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。 1、南京工程学院电力工程学院 21167； 2、南京工程学院机械工程学院 21167； 3、南京工程学院电力工程学院 21167； 4、南京工程学院建筑工程学院 21167； 5、南京工程学院自动化学院 21167 摘要：光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。光学显微镜的使用范围非常的广泛，发展至今，也衍生出了非常多的类型，本文结合光学显微镜的结构组成，从人体工程视角探索光学显微镜的机械结构设计，从使用的安全性、科学性、可靠性的角度分析了光学显微镜的机械结构设计的规范和标准。 关键词：光学显微镜；机械结构；人体工程学 光学显微镜的结构主要有光学结构和机械结构组成，机械结构的部分不仅能对光学结构有很好的固定作用，还起着关键性的调节作用，机械结构能够发挥光学系统的最大功效，辅助光学系统完成相关的显微镜观察工作。光学显微镜的机械结构的部分主要在载物台、物镜转换器以及调焦装置等，这些机械结构的设计不仅要遵循基本的机械结构设计原则，还要保证在光学显微镜中的具体的光学操作，除此之外，设计的原则还要迎合人体操作的需求，使得光学显微镜的机械结构更加的吻合人体工程学的设计要求，使得光学显微镜使用更加的舒适方便。 一、光学显微镜的基本构造 对于光学显微镜的机械设计，我们首先要了解光学显微镜的构造组成部分，而且还要知道这些零部件的作用，只有熟知了这些零部件的作用和使用规范，我们才能更加合理的设计光学显微镜的机械结构部分，光学显微镜一般是由载物台、聚光照明系统、物镜，目镜和调焦机构组成。载物台的作用是放置被观察的物体，使用调焦旋钮来驱动调焦机构能完成对载物台的调节工作。聚光灯照明系统由聚光灯和光源组成，聚光灯的作用能够让光更多的聚集到被观察的部位。物镜距离载物台比较近，是第一级的放大装置。目镜则是于人眼靠近的第二级放大镜头。 这三部分是光学显微镜的重要组成部分，构成了光学显微镜的主要工作原理。 那么机械装置有哪些呢？一般光学显微镜的机械装置有镜座、镜臂、载物台、镜筒、物镜转换器、与调焦装置。这些机械装置的主要作用是固定和调节光学镜头，调节标本的位置等。其中镜座是支撑整个显微镜的装置，而镜臂则用来支撑精通和载物台。 二、基于人体工程学的光学显微镜的机械结构设计 人体工程学的设计原理主要是考虑到人体结构和机械结构尺寸，并且综合考虑到人们劳动、工作效果、工作效能等方面，利用系统工程、控制理论、统计学的原理设计出一系列的设计方法。具体到光学显微镜的机械结构设计中，我们就要考虑到人们的身体尺寸和应用习惯，首先我们从有关部分获得了我国成年人的人体部分尺寸的表格（表-1），以此为根据设计光学显微镜结构部分。 1、载物台的设计 从上面的介绍中我们知道，载物台的作用是用来放置被观察物体的，并且式样能够在载物台上自由的移动，以获取最佳的观察效果。一般的移动范围是30mm*70mm和50mm*70mm，主要的设计标准就是，载物台距离工作底面的距离于载物台和人体的水平距离，分别设为B1和B2，考虑到人在调节使用载物台的过程中的行为习惯，得出计算式。 其中y1和y2分别衣着修正指数和身体活动余量修正。同理得出B2的表达式。经过计算得出： B1=307～357mm B2=301～348mm 2、调焦机构设计 调焦机构用于调节光学结构以便于观察人员获取最佳的成像效果，调焦的动作主要包括了上下移动和粗微调节机构，如何合理的设计能够使得人在调焦的过程中更加的舒适和便捷。首先是调焦旋钮的位置，在具体的使用过程中，显微镜是放在工作台上的，我们无法获取具体的使用高度和姿势，所以我们只能将人体的上身活动分为三个维度的多个不同程度的拆解动作，分别为手肘在X、Y、Z轴上的旋转方向，并在matlab的环境下运行得出，人体的手臂舒适度域： 为了适应大多数人的使用习惯，我们从95百分位这一阶段的数据为设计的参考点，确定出调焦按钮的最佳设计尺寸，从而确定调焦按钮在光学显微镜中的位置。其次是调焦按钮的外形和尺寸，旋钮的截面形状对于人手的握持方式有着一定的影响，当旋钮和手掌的接触面积越大的时候，人手的贴合的程度越好，那么使用的手感就越好，但是太大了会让人手在长期的握持中增加疲劳感，所以对于旋钮的直径设计要求为。旋钮的直径设计保持在35mm-75mm之间，厚度的大小在20mm-50mm范围内波动。最后是旋钮的扭矩M，扭矩的大小设计也非常的重要，太大了会使握持不舒服，太小的话又不利于调焦的准确，由于人类的手部关节的操作力范围为12N-18N，根据人体工程学的计算方法得出M的大小为： 除了基本的形态和尺寸设计，我们还要考虑到载物台移动过程中的摩擦力设计，太小的摩擦力会让调节过程难以掌握精确度，阻力太大的话会增加人使用的机体劳累，所以适当的摩擦力设计也是机械结构设计中需要考虑的内容。 3、物镜转换器的设计 物镜转换器是迅速切换物镜的机械装置，有内定位和外定位两种，转换器的设计直接影响了成像的质量，根据人体工程学的原理，内定位型的转换器比较能够减轻操作的负担，同时还能节省操作台的空间，所以很多光学显微镜的采用内定位转换器，其设计也非常的满足心理学和生理学的设计要求。 结语 本文通过对光学显微镜的主要结构做了介绍，并对光学显微镜的机械部分的功能做了相应的阐述，利用人体工程学的设计理论，对光学显微镜的机械结构部分作出了具体的设计标准的研究，是符合我国当前光学显微镜制造标准的。 参考文献： [1]史红伟，石要武，杨爽等.光学显微镜自动调焦指导函数的评价与选择[J].计算机辅助设计与图形学学报，2013，25（2）：235-24
红外透波材料的研究发展
红外透波材料的研究发展 摘要：红外透波材料是指对红外线透过率高的材料，是红外技术的应用基础之一。本文介绍了几类常用红外透过材料的基本性质，简述了其制备技术及发展现状，并讨论了各自存在问题，并对红外透波材料未来发展进行了展望。 关键词：红外透波材料；玻璃；晶体；陶瓷；制备技术 1引言 目前，红外技术与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举足轻重的地位。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。在二十世纪70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化。标志红外技术最新成就的红外热成像技术，与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使发展成可与眼睛相媲美的凝视系统。而红外透波材料是红外热成像系统的光学元件的重要材料。红外透波材料不但要求具有高性能、小体积，还要造价低。高性能主要包括：结构完整、组分均匀以免发生散射，在测量波段内具有高红外透射率；热稳定性好，透射比和折射率不应随温度变化而变化；载流子寿命长，不宜潮解，耐酸碱腐蚀性好；力学性能优良，可以承受高运动的速压载荷等。 2 红外透波材料的特征值 透过率 一般透过率要求在50%以上，同时要求透过率的频率范围要宽。红外透波材料的透射短波限，对于纯晶体，决定于其电子从价带跃迁到导带的吸收，即其禁带宽度。透射长波限决定于声子吸收，和晶格结构及平均原子量有关。 折射率和色散 不同材料用途不同，对折射率的要求也不相同。对于窗口和整流罩的材料要求折射率低，以减少反射损失。对于透镜、棱镜、红外光学系统要求尽量高的折射率。 发射率 对红外透波材料的发射率要求尽量低，以免增加红外系统的目标特征，特别是军用系统易暴露。 其他 和选择其他光学材料一样，都要注意其力学、化学、物理性质，要求温度稳定性好，对水、气稳定，力学性质主要有弹性模量、扭转刚度、泊松比、拉伸强度和硬度。物理性质包括熔点、热导率、膨胀系数及可成型性。此外要强调的物性是材料的热导率要高，特别是用于高速飞行器的时候。 3 红外透波材料的种类 玻璃 玻璃的光学均匀性好，易于加工成型，价格便宜。缺点是透过波长较短，使用温度低于500℃。目前研究的红外透波玻璃材料主要有：氧化物红外玻璃、硫系玻璃和氟化物玻璃。
(整理)各种光学设计软件介绍-学习光学必备-peter.
光学设计软件介绍 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。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
红外光学材料大全
红外光学材料 1,进口CVD硒化锌(ZnSe)红外光学材料 CVD硒化锌（ZnSe）是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境适应能力强，易于加工等特点。它的光传输损耗小，具有很好的透光性能。是高功率CO2激光光学元件的首选材料。由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外（FLIR）热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。同时，该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。 CVD ZINC SELENIDE Transmission Wavelength in Micrometers (t=8mm) 光学性质： 透过波长范围0.5μm---22μm 折射率不均匀性（Δn/n）<3×10- 吸收系数（1/cm） 5.0×10-3@1300nm 7.0×10-4@2700nm 4.0×10-4@3800nm 4.0×10-4@5250nm 5.0×10-4@10600nm 热光系数dn/dT(1/k,298—358k) 1.07×10-
折射率n随波长的变化（20℃） 理化性质： 激光损伤阈值：（10600nm脉冲激光，脉冲宽度=15μs） 2，进口CVD硫化锌（ZnS）红外光学材料
CVD硫化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，不溶于水，密度适中，易于加工等特点，广泛应用于红外窗口，整流罩和红外光学元件的制作。和硒化锌（ZnSe）一样，硫化锌（ZnS）也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在8000nm—12000nm波段具有很好的图像传输性能，该材料在中红外波段也有较高的透过率，但随着波长变短，吸收和散射增强。与硒化锌（ZNSE）相比，硫化锌的价格低，硬度高，断裂强度是硒化锌的两倍，抗恶劣环境的能力强，非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。 透过率曲线： CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌) Wavelength in Micrometer (t =6mm) CLEARTRAN Transmission（多光谱CVD硫化锌） Wavelength in Micrometers (t=9.4mm) CVD硫化锌多光谱CVD硫化锌 密度(g . cm-3 @ 298k) 4.09 4.09 电阻率(Ω. Cm) ~1012~101.3
光学设计讲义
实验一：单镜头设计(Singlet) 实验目的： 1、学习如何启用Zemax 2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data） 3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams）， MTF等。 4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables） 5、学习如何进行优化设计（optimization） 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验步骤： 1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focal length）为100mm，波长为可见光， 用BK7玻璃为材料。 2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。什么是LDE呢？它 是你要的工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。 3、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data， 键入你要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。在第 二、三行键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587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。 4、确定透镜的孔径大小。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，aperture type里选择entrance pupil，在apervalue上键入25，然后点击ok。 5、回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源， STO即孔径光阑aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面(surface)，于是点击IMA栏，选取insert，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 6、输入镜片的材质为BK7。在STO行中的glass栏上，直接键入BK7即可。 7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的thickness为4，在STO行中的thickness栏上直接键入4。 Zemax的默认单位是mm 8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为 负值。再令第2面镜的thickness为100。
红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性
一、红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性： 1.晶体材料 晶体材料包括离子晶体与半导体晶体离子晶体包括碱卤化合物晶体, 碱土—卤族化合物晶体及氧化物及某些无机盐晶体。半导体晶体包括Ⅳ族单元素晶体、Ⅲ～Ⅴ族化合物和Ⅱ～Ⅵ族化合物晶体等。离子型晶体通常具有较高的透过率, 同时有较低的折射率, 因而反射损失小, 一般不需镀增透膜, 同时离子型晶体光学性能受温度影响也小于非离子型 晶体。半导体晶体属于共价晶体或某种离子耦合的共价键晶体。晶体的特点是其物理和化学特性及使用特性的多样性。晶体的折射率及色散度变化围比其它类型材料丰富得多。可以满足不同应用的需要, 有一些晶体还具备光电、磁光、声光等效应, 可以用作探测器材料。[1] 按部晶体结构晶体材料可分为单晶体和多晶体 ①单晶体材料 表1.1 几种常用红外晶体材料[1] 名称化学组成透射长波限/ μm 折射率/4.3μ m 硬度/克氏密度/(g·cm-3)溶解度 /(g·L-3)H2O 金刚石C30 2.48820 3.51不溶锗Ge25 4.02800 5.33不溶硅Si15 3.421150 2.33不溶石英晶体SiO2 4.5 1.46740 2.2不溶兰宝石Al2O3 5.5 1.681370 3.98不溶氟化锂LiF8.0 1.34110 2.600.27氟化镁MgF28.0 1.35576 3.18不溶氟化钡BaF213.5 1.4582 4.890.17氟化钙CaF210.0 1.41158 3.180.002溴化铊TLBr34 2.35127.560.05金红石TiO2 6.0 2.45880 4.26不溶砷化镓GaAs18 3.34(8μm)750 5.31不溶氯化钠NaCl25 1.5217 2.1635 硒化锌ZnSe22 2.4150 5.27不溶锑化铟InSb16 3.99223 5.78不溶硫化锌ZnS15 2.25354 4.09不溶KRS-5TLBr-TLI45 2.38407.370.02 KRS-6TLBr-TLCl30 2.19357.190.01 ②多晶体材料
光学设计报告
湖北第二师范学院《光学系统设计》 题目：望远镜的设计 姓名：刘琦 学号:1050730017 班级：10应用物理学
目录 望远系统设计............................................................................................... 第一部分：外形尺寸计算 .......................................................................... 第二部分：PW法求初始结构参数（双胶合物镜设计） ....................... 第三部分：目镜的设计 .............................................................................. 第四部分：像质评价 .................................................................................. 第五部分心得体会 ..................................................................................
望远镜设计 第一部分：外形尺寸计算 一、各类尺寸计算 1、计算'f o 和'f e 由技术要求有：1 '4 o D f = ，又30D mm =，所以'120o f mm =。 又放大率Γ＝6倍，所以' '206o e f f mm ==。 2、计算D 出 30 3056 D D D mm =∴= = =Γ物出物 3、计算D 视场 2'2120416.7824o o D f tg tg mm ω==??=视场 4、计算'ω（目镜视场） ''45o tg tg ωωωΓ?=?≈ 5、计算棱镜通光口径D 棱 （将棱镜展开为平行平板，理论略） 该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图： 将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：
光学设计报告
光学设计课程报告 班级： 学号： 姓名： 日期：
目录 双胶合望远物镜的设计 (02) 摄远物镜的设计 (12) 对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20) 艾尔弗目镜的设计 (30) 低倍消色差物镜的设计 (38) 无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47) 双高斯照相物镜的设计 (52) 反摄远物镜的设计 (62) 课程总结 (70)
双胶合望远物镜的设计 1、设计指标： 设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：视放大率： 3.7?；出瞳直径：4mm ；出瞳距离：大于等于20mm ；全视场角：210w =?；物 镜焦距： ' =85f mm 物；棱镜折射率：n=(K9)；棱镜展开长：31mm ；棱镜与物镜的 距离40mm ；孔径光阑为在物镜前35mm 。 2、初始结构计算 (1) 求 J h h z ，， 根据光学特性的要求4.728.142=== D h ： 44.75tan 85tan ''=?=?=οωf y 0871 .0''==f h u 648.0'''==y u n J (2)计算平行玻璃板的像差和数 C S S S I I I I ，， 平行玻璃板入射光束的有关参数为 0871.0=u 0875.0)5tan(-=-=οz u 005 .1-=u u z 平行玻璃板本身的参数为 d=31mm ； n=； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得： 000665.01.51631-1.5163×0.0871×-3113 24 432-==--=I du n n S 0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u × =z I I I S S 000824.0087.05163.11.6415163.131122 22-=??-?-=--=I u n n d S C υ
浅析光学显微镜机械结构设计
浅析光学显微镜机械结构设计 摘要：光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所 不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。光学显 微镜的使用范围非常的广泛，发展至今，也衍生出了非常多的类型，本文结合光 学显微镜的结构组成，从人体工程视角探索光学显微镜的机械结构设计，从使用 的安全性、科学性、可靠性的角度分析了光学显微镜的机械结构设计的规范和标准。 关键词：光学显微镜；机械结构；人体工程学 光学显微镜的结构主要有光学结构和机械结构组成，机械结构的部分不仅能 对光学结构有很好的固定作用，还起着关键性的调节作用，机械结构能够发挥光 学系统的最大功效，辅助光学系统完成相关的显微镜观察工作。光学显微镜的机 械结构的部分主要在载物台、物镜转换器以及调焦装置等，这些机械结构的设计 不仅要遵循基本的机械结构设计原则，还要保证在光学显微镜中的具体的光学操作，除此之外，设计的原则还要迎合人体操作的需求，使得光学显微镜的机械结 构更加的吻合人体工程学的设计要求，使得光学显微镜使用更加的舒适方便。 一、光学显微镜的基本构造 对于光学显微镜的机械设计，我们首先要了解光学显微镜的构造组成部分， 而且还要知道这些零部件的作用，只有熟知了这些零部件的作用和使用规范，我 们才能更加合理的设计光学显微镜的机械结构部分，光学显微镜一般是由载物台、聚光照明系统、物镜，目镜和调焦机构组成。载物台的作用是放置被观察的物体，使用调焦旋钮来驱动调焦机构能完成对载物台的调节工作。聚光灯照明系统由聚 光灯和光源组成，聚光灯的作用能够让光更多的聚集到被观察的部位。物镜距离 载物台比较近，是第一级的放大装置。目镜则是于人眼靠近的第二级放大镜头。 这三部分是光学显微镜的重要组成部分，构成了光学显微镜的主要工作原理。 那么机械装置有哪些呢？一般光学显微镜的机械装置有镜座、镜臂、载物台、镜筒、物镜转换器、与调焦装置。这些机械装置的主要作用是固定和调节光学镜头，调节标本的位置等。其中镜座是支撑整个显微镜的装置，而镜臂则用来支撑 精通和载物台。 二、基于人体工程学的光学显微镜的机械结构设计 人体工程学的设计原理主要是考虑到人体结构和机械结构尺寸，并且综合考 虑到人们劳动、工作效果、工作效能等方面，利用系统工程、控制理论、统计学 的原理设计出一系列的设计方法。具体到光学显微镜的机械结构设计中，我们就 要考虑到人们的身体尺寸和应用习惯，首先我们从有关部分获得了我国成年人的 人体部分尺寸的表格（表-1），以此为根据设计光学显微镜结构部分。 1、载物台的设计 从上面的介绍中我们知道，载物台的作用是用来放置被观察物体的，并且式 样能够在载物台上自由的移动，以获取最佳的观察效果。一般的移动范围是 30mm*70mm和50mm*70mm，主要的设计标准就是，载物台距离工作底面的距 离于载物台和人体的水平距离，分别设为B1和B2，考虑到人在调节使用载物台 的过程中的行为习惯，得出计算式。 其中y1和y2分别衣着修正指数和身体活动余量修正。同理得出B2的表达式。经过计算得出： B1=307～357mm
光学设计资料
光学设计复习 1.球差的概念 不同倾角的光线交光轴于不同位置上，相对于理想像点的位置有不同的偏离。这是单色光的成像缺陷之一，称为球差。 2.色球差 F 光的球差和C 光的球差之差称为色球差。 3.波像差 实际波面相对于理想球面波的偏离就是波像差。（实际波面与理想波面在出瞳处相切时，两波面间的光程差。） 4点列图 由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的的交点不再集中同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。 5.单个折射球面的三个无球差点 ①L =0，L ′=0，物、像点与球面顶点重合（球心处） ②sin I ?sin I′=0,I =I ′=0，L ′=r ，物、像点与球面中心重合。（顶点处） ③sin I′?sin U =0或I ′=U ，此时不管孔径角多大，都不产生球差，此时对应的物像点位置分别为 L =n +n ＇n r ，L ′=n +n ＇n ＇ r 。（齐明处） 6.光学传递函数 光学传递函数是指以空间频率为变量，表征成像过程中调制度和横向相移的相对变化的函数。（光学传递函数是一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。能反映不同空间频率、不同对比度的传递能力。） T(s,t)调制传递函数；θ(s,t)相位传递函数。 7.子午平面、弧矢面 子午平面：包含物点和光轴的平面。 弧矢面：包含主光线并与子午平面垂直的面。 8.七种像差，哪些与孔径有关？哪些与视场有关？哪些与两者均有关？ 与孔径有关：球差、位置色差 与视场有关：像散、场曲、畸变、倍率色差 与视场孔径都有关：彗差 9.二级光谱 消色差系统只能对二种色光校正位置色差，它们的公共焦点或像点相对于中间色光的焦点或像点的偏离称为二级光谱。 10.解释五种塞德和数 第一塞德和数：初级球差系数 第二塞德和数：初级彗差 第三塞德和数：初级像散 第四塞德和数：匹兹凡面弯曲 第五塞德和数：初级畸变 11.子午场曲、弧矢场曲 ()()(),,exp ,H s t T s t i s t θ??=-??
常见光学材料简介
常见光学材料简介 透镜是光学实验中的主要元件之一，可采用多种不同的光学材料制成，用于光束的准直、聚焦、成像。Newport提供的各种球面和非球面透镜，主要制作材料有BK7玻璃、紫外级熔融石英（UVFS）、红外级氟化钙（CaF2）、氟化镁（MgF2），以及硒化锌（ZnSe）。在从可见光到近红外小于2.1μm的光谱范围内，BK7玻璃具有良好的性能，且价格适中。在紫外区域一直到195nm，紫外级熔融石英是一种非常好的选择。在可见光到近红外2.1μm范围内，熔融石英具有比BK7玻璃更高的透射率，更好的均匀度以及更低的热膨胀系数。氟化钙和氟化镁则适用于深紫外或红外应用。 本文将对这些常见光学材料的性质和应用进行介绍，并列出了一些基本的材料参数，如折射率、透射率、反射率、Abbe数、热膨胀系数、传导率、热容量、密度、Knoop硬度，及杨氏模量。 BK7玻璃 BK7是一种常见的硼硅酸盐冕玻璃，广泛用作可见光和近红外区域的光学材料。它的高均匀度，低气泡和杂质含量，以及简单的生产和加工工艺，使它成为制作透射性光学元件的良好选择。BK7的硬度也比较高，可以防止划伤。透射光谱范围380-2100nm。但是它具有较高的热膨胀系数，不适合用在环境温度多变的应用中。 UV Grade Fused Silica(UVFS) 紫外级熔融石英 紫外级熔融石英是一种合成的无定型熔融石英材料，具有极高的纯度。这种非晶的石英玻璃具有很低的热膨胀系数，良好的光学性能，以及高紫外透过率，可以透射直到195nm的紫外光。它的透射性和均匀度均优于晶体形态的石英，且没有石英晶体的那些取向性和热不稳定性等问题。由于它的高激光损伤阈值，熔融石英常用于高功率激光的应用中。它的光谱透射范围可以达到2.1μm，且具有良好的折射率均匀性和极低的杂质含量。常见应用包括透射性和折射性的光学元件，尤其是对激光损伤阈值要求较高的应用。 CaF2 氟化钙 氟化钙是一种具有简单立方晶格结构的晶体材料，采用真空Stockbarger技术生长制备。它在真空紫外波段到红外波段都具有良好的透射性。这种宽光谱透射特性，加上它没有双折射性质，使它成为紫外到红外宽光谱应用理想选择。氟化钙在0.25-7μm内的透射率在90%以上，并具有较高的激光损伤阈值，常用于制作准分子激光的光学元件。红外级氟化钙通常采用自然界中可见的萤石生长而成，成本低廉。但氟化钙具有较大的热膨胀系数，热稳定性很差，要避免使用在高温环境中。氟化钙的折射率比较低，因此通常不需要在表面镀增透膜。 MgF2 氟化镁 氟化镁是一种具有正双折射性质的晶体，可采用Stockbarger技术生长，同样在真空紫外波段到红外波段具有良好的透射。通常在切割时使它的c轴与光轴方向平行，以降低双折射性质。氟化镁是另一种深紫外到红外的光学材料选择，透射范围0.15-6.5μm。另外，它可用
光学设计cad答案
光学系统设计(三) 一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．系统的像散为零，则系统的子午场曲值( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 2．双胶合薄透镜组，如果位置色差校正为零，则倍率色差值为 ( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 3．下列像差中，对孔径光阑的大小和位置均有影响的是( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散和场曲 D.畸变 4．除球心和顶点外，第三对无球差点的物方截距为 ( ) 。 A.r n n n L '+= B. r n n n L ''+= C. r n n n L '-= D. r n n n L ''-= 5．下列像差中，属于轴外点细光束像差的是( )。 A.球差 B.子午彗差 C.子午场曲 D.畸变 6．瑞利判据表明，焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，波像差不会超过 ( )。 A.λ21 B. λ31 C. λ41 D. λ51 7．对于目视光学系统，介质材料的阿贝常数定义为 ( )。 A.C F D D n n 1n --=ν B. C F D D n n 1n ++=ν C. C F D D n n 1n -+=ν D. C F D D n n 1n +-=ν 8．9K 玻璃和6ZF 玻璃属于 ( )。 A.冕牌玻璃和火石玻璃 B.火石玻璃和冕牌玻璃 C.均属火石玻璃 D.均属冕牌玻璃 9．在ZEMAX 软件中进行显微物镜镜设计，输入视场数据时，应选择 ( )。
红外光学材料大全
1,进口CVD硒化锌(ZnSe)红外光学材料 CVD硒化锌（ZnSe）是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境适应能力强，易于加工等特点。它的光传输损耗小，具有很好的透光性能。是高功率CO2激光光学元件的首选材料。由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外（FLIR）热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。同时，该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。 CVD ZINC SELENIDE Transmission Wavelength in Micrometers (t=8mm) 光学性质： 透过波长范围μm---22μm 折射率不均匀性（Δn/n） 吸收系数（1/cm）×10-3@1300nm ×10-4@2700nm ×10-4@3800nm ×10-4@5250nm ×10-4@10600nm 热光系数dn/dT(1/k,298— ×10-5@1150nm
折射率n随波长的变化（20℃） 理化性质： 激光损伤阈值：（10600nm脉冲激光，脉冲宽度=15μs） 2，进口CVD硫化锌（ZnS）红外光学材料 CVD硫化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，不溶于水，密度适中，易于加工等特点，广泛应用于红外窗口，整流罩和红外光学元件的制作。和硒化锌（ZnSe）一样，硫化锌（ZnS）
也是一种折射率均匀性和一致性好的材料，在8000nm—12000nm波段具有很好的图像传输性能，该材料在中红外波段也有较高的透过率，但随着波长变短，吸收和散射增强。与硒化锌（ZNSE）相比，硫化锌的价格低，硬度高，断裂强度是硒化锌的两倍，抗恶劣环境的能力强，非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。 透过率曲线： CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌) Wavelength in Micrometer (t =6mm) CLEARTRAN Transmission（多光谱CVD硫化锌） Wavelength in Micrometers (t= 理化性质： CVD硫化锌多光谱CVD硫化锌 密度 (g . cm-3 @ 298k) 电阻率 (Ω. Cm)~1012~ 熔点 (℃)1827 化学纯度 (%) 热膨胀系数(1/k)* 10-6@273k* 10-6@273k * 10-6@373k* 10-6@373k
光学与光学设计讲义
-與光學設計基本概念 1. 一般稱為可見光是位於光波帶中400~770 nm (0.1~0.77μ )，而波長較短為藍光，波長較長的為紅 光。波長比可見光短的紫外光(UV)，而波長比可見光長的稱為紅外光(IR)，一般的光學玻璃或塑膠材料可應用之400~1500nm，而波長更長的IR區域(1.5~15μ )使用的光學材料為鍺或矽。 2. 光學鏡片置於空氣界面中，當光線經過透鏡時，光線會產生穿透與反射現像，而其中一部份會 被光學材料吸收。所以折射率n之材料於空氣中的反射率計算式如下： R(反射率)={(n-1) / (n+1)}2 T(穿透率)=(1-R)X X為透鏡的面數，而此計算值時是忽略材料的吸收率。 3. 當鏡片產生反射現像，而此時反射光被別的面再反射或鏡筒內面產生反射而到達成像面時，這 會造成降低像質之有害光，而有害光擴大至像面整體時，則會產生某種像，我們稱為鬼影(像)。 而防止鬼影的產生與界面反射的方法：(1)鏡片鍍膜(Coating)( 2)鏡片塗墨。 光線射入n和n’的交界處的情形，有些光線被反射，有些被折射，而產生反射線和折射線，而反射線在同介質中依據光程的極值行進方向，這就是反射現象。另外折射線在折射率為n的介質裡斜射入折射率為n’的介質時，由於光在不同介質裡的速率不相同，因此就改變了進行方向，這就是折射現象。如下圖： 這些光線都遵守下面這些光學基本原則： ?入射線、反射線、折射線和法線在同一平面上。 ?入射角i等於反射角r（反射律）。 ?入射角i至折射角t的關係必遵循Snell's law 由於折射率是波長的函數n(λ)，因各單色光的折射率各不相同，所以造成折射方向有所差異，或是說不同波長的光在介質內行進的速度不同所造成，這個現象，稱之為色散(dispersion)。
红外光学材料
红外光学材料 红外光学系统与可见光光学系统的主要区别在于只有有限的材料可有效应用于中波红外和长波红外波段，能同时应用于这两个波段的材料就更少。表2-1列出了几种比较常用的红外光学材料及其重要特性。 2.2.1红外光学材料的特点 红外光学系统中所使用的材料一般具有以下特点[i,ii,iii]： （1）红外材料不仅种类有限，而且价格昂贵（一般在几千到几万元一公斤）。 （2）某些材料的折射率温度系数（dn/dt ）较大，导致焦距随温度的漂移较大。如果工作温度范围较宽，则必须适当的选择红外光学材料或采取必要措施进行补偿。 （3）某些光学材料易碎，且化学稳定性差，使得加工以及安装困难，成品率不高。 （4）许多光学材料不透明，根据材料和波段的不同而表现出不同的颜色。 （5）红外光学材料受热时都会发生自辐射，导致杂散光形成。 表2-1 常用红外光学材料的特性 材料 折射率（4μm ） 折射率（10μm ） dn/dt/℃ 锗 4.0243 4.0032 0.000396 硅 3.4255 3.4179 0.00015 硫化锌（CVD ） 2.252 2.2005 0.0000433 硒化锌（CVD ） 2.4331 2.4065 0.00006 AMTIR I 2.5141 2.4976 0.000072 氟化镁 1.3526 + 0.00002 蓝宝石 1.6753 + 0.00001 三硫化砷 2.4112 2.3816 × 氟化钙 1.4097 + 0.000011 氟化钡 1.458 * -0.000016 601228Se As Ge + 2.6038 0.000091 651520Se As Ge 2.6058 2.5858 0.000058 “+”不透过；“×”得不到；“*”透射，但折射率剧烈下降
ZEMAX光学设计报告材料
ZEMAX 光学设计报告 一、设计目的 通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的基本应用和操作。 二、设计要求 设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y`=13.6mm 。 三、设计过程 1.双胶合望远物镜系统初始结构的选定 1.1选型 由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。 1.2确定基本像差参量 根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0'0s =K ；位置色差 0'0=FC l δ。那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I I I I C S S ,由此可得基本像差参量为 0===I ∞ ∞C W P 。 1.3求0P )(() ?? ?? ?+-+-=∞∞∞∞ 火石玻璃在前时 冕牌玻璃在前时 2 2 02.085.01.085.0W P W P P 因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计算,即0085.00-=P 。 1.4选定玻璃组合 鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。查表发现当000.0=I C ,与 0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。此系统选定9K 与
2ZF 组合。 9 K 的 折 射 率 5163 .11=n ， 2 ZF 的折射率 6725 .12=n ， 038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=?，44.2=A ,72.1=K 。 1.5求形状系数Q 一般情况下，先利用下式求解出两个Q 的值： A P P Q Q 00-±=∞ 再与利用下式求的Q 值相比较，取其最相近的一个值： ) (1 20 0+-+ =∞ A P W Q Q 因为 0P P ≈∞ ，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞ W W 。 1.6求归一化条件下的透镜各面的曲率 ()()?????????-=--+-==-=-+=+===-+-?=+-==77370.011 1127467 .2284074.4009404.21 61726.1284074.415163.1009404 .25163.111221233 12211111n Q n n r Q r Q n n r ?ρ?ρ?ρ 1.7求球面曲率半径 ???? ?????-=-='=-=-='==='=491.129277370.01000 624.43927467.21000330.61861726.110003322 11ρρρf r f r f r 1.8整理透镜系统结构数据 视场0136.0tan -=ω（负号表示入射光线从光轴左下方射向右下方），物距-∞=L （表示物体在透镜组左侧无穷远处），入瞳半径mm h 50=，光阑在透镜框上，即入瞳距第一折射
光学设计误差概述
Tolerancing概述 ?一个好的设计是要求能够实际制造出来的。 ?设计好的光学系统需要进行公差分析才算真正完成。需要在制造误差的范 围之内能够满足要求； ?一个好的设计没必要完全和设计要求一致，应该是能够制造出来，并尽量 满足设计要求。 ?公差分析是将各种扰动或像差引入到光学系统中去，看系统在实际制造各 种误差范围内的效果。也就是在能满足设计要求的情况下，系统中各个量允许的最大偏差是多少。 误差来源 有很多方面需要考虑： ?Errors in fabrication9（加工误差） ?Errors in materials（材料误差） ?Errors in assembly（装配误差） ?Errors due to environment（环境误差） ?Residual design errors（剩余设计误差） 1、制造方面的误差包括： ?曲率半径有误差(radius of curvature) ?厚度有误差(element thickness) ?面形误差(surface shape) ?曲率中心与机械中心有偏差(center offset) ?二次项或其它非球面项系数误差 2、材料误差包括： ?折射率的精度误差 ?折射率均匀性误差（homogeneity） ?折射率分布误差(distribution) ?Abbe 数（dispersion） 3、装配误差包括（Element error）： ?元件对机械轴（X，Y）的偏差 ?元件在Z轴上的位置有偏差 ?元件的排列的偏差 ?元件对光轴倾斜的偏差 4、环境方面的包括温度，湿度，气压： ?光学和机械材料的热胀冷缩 ?湿度对折射率的影响 ?压强和湿度对折射率的影响 ?系统受振动的影响 ?机械方面的应力