(完整word版)基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计
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。
基于 ZEMAX 的二维变焦扩束光学系统设计
基于 ZEMAX 的二维变焦扩束光学系统设计于陶然;王超;唐晓军;刘洋【摘要】For the size control problem of slab laser’s output beam,a two-dimensional continuous zoom beam expender optical system is designed which expander ratio can reach 14 ~20 ×in the direction of X and 1.25~1.55 ×in the direction of Y.The movement rule of the fixed part,zooming part and compensating part are derived through the analy-sis of the three component zoom lens.The theoretical value is optimized by the ZEMAX,which makes the aberration of the system meet the requirement.Working wavelength of the system is 1064nm,and the size of output beam in a cer-tain range can be expanded to 35 ~40 mm.The system has some advantages of a simple structure,a short zoom dis-tance and a smooth zoom path.%针对板条激光器出射光束的尺寸控制问题，设计了一个在 X 方向扩束倍率为14～20×，Y 方向扩束倍率为1．25～1．55×的二维连续变焦扩束光学系统。
基于ZEMAX的激光光束整形技术试验研究
在激光技术的许多应用领域中, 光束质量至关 重要。激光材料加工 , 光学信息处理、 存储和记录 , 激光的医学临床应用等领域, 都对光束质量有较高 的要求。在非线性光学的频率变换技术中, 要求抽 运激光束强度均匀 ; 在高功率固体激光器和放大器 中, 输入光束的不均匀性会导致非线性效应, 使输出 光束质量变坏, 甚至损坏激光工作物质。激光光束 质量不仅影响激光器的整体性能 , 也极大地影响激 光技术的应用水平。通常激光器发出的激光束的空 间强度分布呈高斯分布 , 即高斯激光束。在很多应 用中 , 希望激光束是均匀分布。因此, 对激光光束进
基于zemax的激光光束整形技术试验研究中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051由于半导体激光器的发散角较大且输出的光束光斑是椭圆形因此需要对其输出的光束进行空间整形成一个近似圆形的激光光斑
Vo l. 50 No 3
工程与试验 EN GIN EERIN G & T EST
Sep. 2010
经过扩束镜准直整形之后 , 半导体激光器的发 散角为: = D L ( 2)
L 代表激光传输距离 , D 代表经过扩束准直之 后的光斑直径。将准直之后的参数按上述要求代入 公式 ( 2) , 得: 50 = 0 22m rad; 100 = 0 2m rad; 150 = 0 22mr ad ;
200
衔接扩束镜之后所测得的光斑尺寸数据 50 1 1 100 2 0 150 3 3 200 4 1
传输距离 ( m) 光斑尺寸 ( cm)
3 3 试验结果分析 在未加扩束镜之前 , 激光器的发散角大小按下 式计算 : = D L ( 1)
L 代表激光传输距离 , D 代表光斑直径。 L 分 别取 50m 、 100m 、 150m 以及 200m 。相应的 D 选取 4 5cm 、 10 5cm 、 15 2cm 及 19 8cm 。代入公式( 1) ,
(完整版)基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题报告
毕业设计开题报告学生姓名：学号：学院、系：专业：光电信息工程设计题目：基于ZEMAX的激光扩束系统设计指导教师:年月日开题报告填写要求1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册）。
文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性;4．学生的“学号”要写全号（如020*******，为10位数),不能只写最后2位或1位数字；5。
有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年3月15日"或“2004—03—15”；6. 指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写.(完整版)基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题报告毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述:文献综述1。
1 本课题研究的背景激光扩束系统是激光干涉仪、激光测距仪、激光雷达等诸多仪器设备的重要组成部分，其光学系统多采用通过倒置的望远系统来实现对激光束的扩束.激光器发出的光束直径很细小，通常只有零点几到几毫米，激光束的这些特性在某些方面是很有用的。
然而在一些应用领域中需要的却是宽光束，如激光全息、光信息处理、激光照明等.例如在激光干涉仪的应用中，它要照射比激光束口径大的多的被测物体，然后通过光束的干涉来实现测量。
又如在激光的全息应用中，它要照射比激光束口径大得多的全息记录介质,以实现信息的记录和重现。
（完整版）基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计.doc
（完整版）基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计.doc光学软件设计实验报告：基于 ZEMAX的激光扩束镜的优化设计姓名：学号： 2011146211⼀、实验⽬的学会使⽤ ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩⼤器进⾏优化设计。
⼆、实验要求1、掌握使⽤多重结构配置。
2、进⼀步学习构建优化函数。
三、实验内容设计⼀个激光扩束器，使⽤的波长为 1.053um，输⼊光束直径为 100mm ，输出光束的直径为20mm，且输⼊光束和输出光束平⾏。
要求只使⽤两⽚镜⽚，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜⽚之间的间隔必须不超过 250mm ，只许使⽤ 1 ⽚⾮球⾯，系统必须在波长为 0.6328um 时测试。
玻1、打开 ZEMAX软件，关闭默认的上⼀个设计结果，然后新建⼀个空⽩透镜。
2、在 IMA ⾯（像平⾯）前使⽤insert 插⼊ 4 个⾯，输⼊相关各⾯的厚度、曲率半径和璃类型值。
3 、点击Gen设置⼊瞳直径为100 ，点击Wav设置波长为1.053微⽶。
4、在主菜单Editors 5， Py 输⼊ 1， taiget 输⼊⾥构建⼀个优化函数，将第⼀⾏操作数类型改为10， weight 输⼊ 1。
REAY ， surf 输⼊5、在评价函数编辑窗中选⼯具—默认优化函数。
选reset，将“开始在”的值设置为2，确定。
6、点击 Opt 进⾏优化，优化后⽣产OPD 图。
7、将第⼀⾯的conic 设置为变量（ control+z ）。
再次进⾏优化，重新⽣产O PD 图并观察。
并8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。
9、点击 Wav 重新配置光波长，将之前的分1.053 改为0.6328，确定后再次更新析OPD 图。
此10、将第⼆⾯的厚度时去掉250mm第设为可变，然后再次点击Opt⼆⾯的可优化，重新⽣成变状OPD态图。
11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗⼝的编辑菜单中选“插⼊结构”来插⼊⼀个新的结构配置，双击第⼀⾏第⼀列，从下拉框中选wave，在同样的对话框⾥为wavelength选择 1 ，确定。
完整word版zemax操作数手册
ZEMAX 优化操作数 透镜单元的有效焦距 透镜单元的轴向色差 透镜单元的垂轴色差 规定波长的近轴像高 近轴放大率 角放大率透镜单元入瞳位置8. EXPP 透镜单元出瞳位置9. PETZ 透镜单元的PETZVAL 半径10. PETC 反向透镜单元的PETZVAL 半径 11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量 12. WFNO 像空间 F/# 13. POWR 指定表面的权重14. EPDI 透镜单元的入瞳直径15. ISFN 像空间F/# （近轴）16. OBSN17. EFLX18. EFLY19. SFNO3. ASTI 透过面像散（3阶近轴）4. FCUR 透过面场曲（3阶近轴）5. DIST 透过面波畸变（3阶近轴）6. DIMX 畸变最大值一阶光学性能 1. EFFL 2. AXCL 3. LACL 4. PIMH5. PMAG6. AMAG7. ENPP物空间数值孔径 “X'向看效焦距 “Y 向有效焦距 弧矢有效F/#像差1. SPHA 局）2. COMA 在规定面出的波球差分布（0则计算全透过面慧差（3阶近轴）轴像色差（近轴） 垂轴色差 径像像对于主光线的横向像差 “X”向横向色差 “Y”向横向色差12. TRAI 规定面上的径像横向像差13. TRAC 径像像对于质心的横向像差 14. OPDC 主光线光程差15. OPDX 衍射面心光程差16. PETZ 透镜单元的PETZVAL 半径17. PETC 反向透镜单元的PETZVAL 半径18. RSCH 主光线的RMS 光斑尺寸19. RSCE 类 RSCH20. RWCH 主光线的RMS 波前偏差21. RWCE衍射面心的RMS 波前偏差 22. ANAR 23. ZERN24. RSRE25. RSRH26. RWRE 类同RSRE （波前偏差）27. TRAD “X” 像 TRAR 比较28. TRAE “Y” 像 TRAR 比较29. TRCX 像面子午像差” XBJ （质心基准）30. TRCY 像面子午像差” YS J （质心基准）31. DISG 广义畸变百分数32. FCGS 弧矢场曲33. DISC 子午场曲34.OPDM 限制光程差，类同 TRAC 7. AXCL 8. LACL 9. TRAR 10. TRAX 11. TRAY 像差测试Zernike 系数几何像点的RMS 点尺寸（质心参考）类同RSRE （主光线参考）35.PWRH 同 RSCH36.BSER对准偏差37.BIOC集中对准38.BIOD垂直对准偏差11 .切向调制函数径向调制函数平均调制函数切向方波调制函数径向方波调制函数6. MSWA 平均方波调制函数7. GMTA8. GMTS 9. GMTT 衍射能级 1.DENC 衍射包围圆能量 2.DENF 衍身d 能量 3.GENC 几何包围圆能量 4. XENC透镜数据约束1 . TOTR 透镜单元的总长2. CVVA 规定面的曲率=目标值3. CVGT 规定面的曲率 >目标值CVLT 规定面的曲率V 目标值CTVA 规定面的中心厚度=目标值CTGT 规定面的中心厚度 > 目标值 CTLT 规定面的中心厚度V 目标值 ETVA 规定面的边缘厚度=目标值ETGT 规定面的边缘厚度 > 目标值 ETLT 规定面的边缘厚度V 目标值 COVA 圆锥系数=目标值MT 澈据 1. MTFT 2. MTFS 3. MTFA 4. MSWT5. MSWS 几何MTF 切向径向响应 几何MTF 径向响应 几何MTF切向响应4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.12. COGT圆锥系数> 目标值13. COLT圆锥系数V目标值14. DMVA约束面直径=目标值15. DMGT约束面直径 > 目标值16. DMLT约束面直径V目标值17. TTHI面厚度统计18. VOLU兀素容量19. MNCT最小中心厚度20. MXCT最大中心厚度21 . MNET最小边缘厚度22. MXET最大边缘厚度23. MNCG 最小中心玻璃厚度24. MXEG最大边缘玻璃厚度25. MXCG 最大中心玻璃厚度26. MNCA最小中心空气厚度27. MXCA 最大中心空气厚度28. MNEA最小边缘空气厚度29. MXEA最大边缘空气厚度30. ZTHI控制复合结构厚度31 . SAGX透镜在"XZ”面上的面弧矢32. SAGY透镜在”YZ"®上的面弧矢33. COVL柱形单元体积34. MNSD最小直径35. MXSD最大直径36. XXET最大边缘厚度37. XXEA最大空气边缘厚度38. XXEG最大玻璃边缘厚度39. XNET最小边缘厚度40. XNEA最小边缘空气厚度41 . XNEG最小玻璃边缘厚度42. TTGT总结构厚度 > 目标值43. 44.45.46.47.48. 49.TTLT 总结构厚度V 目标值 TTVA 总结构厚度=目标值 TMAS MNCV MXCV MNDT MXDT 结构总质量 最小曲率 最大曲率 最小口径与厚度的比率 最大口径与厚度的比率 参数数据约束 1 . 2. 3. PnVA PnGT 约束面的第n 个控制参数 > 目标值 PnLT 约束面的第n 个控制参数V 目标值 约束面的第n 个控制参数=目标值 XDVA 附加数据值=目标值(1-99) XDGT 附加数据值 > 目标值(1-99) 1-99) 3. XDLT 附加数据值V 目标值( 玻璃数据约束 1 . MNIN 最小折射率 2. MXIN 组大折射率 3. MNAB 最小阿贝数 4. MXAB 最大阿贝数 5. MNPD 最小△Pg -f6. MXPD 最大"g-f7. RGLA 合理的玻璃 近轴光线数据 1 . PARX 指定面近轴X 向坐标 2.PARY 指定面近轴Y 向坐标 3.REAZ 指定面近轴Z 向坐标 附加数据约束 1 . 2.4. 5. 6. 7. 8.REAR REAA REAB REAC RENA 指定面实际光线径向坐标 指定面实际光线X 向余弦 指定面实际光线Y 向余弦 指定面实际光线Z 向余弦 指定面截距处， 实际光线同面正交RENB 正交 10. RENC 正交 9. 指定面截距处, 实际光线同面11. RANG 同Z 轴向相联系的光线弧度角 12. OPTH 规定光线到面的距离13. DXDX 次”向光瞳X'向像差倒数 14. DXDY Y”向光瞳X'向像差倒数 15. DYDX 次”向光瞳向像差倒数 16. DYDY Y”向光瞳向像差倒数 17. RETX 实际光线'次”向正殳 18. RETY 实际光线"Y”向正交 19. RAGX 全局光线”X”坐标20. RAGY 全局光线坐标 21 . RAGZ 全局光线”Z”坐标22. RAGA 全局光线'次”余弦 23. RAGB 全局光线余弦 24. RAGC 全局光线”Z”余弦 25. RAIN 入射实际光线角 局部位置约束 1 . CLCX 指定全局顶点”X”向坐标 2. CLC Y 指定全局顶点‘丫”向坐标 3. CLCZ 指定全局顶点”Z”向坐标4. CLCA 指定全局顶点’次”向标准矢量指定面截距处, 实际光线同面5.6. CLCB指定全局顶点向标准矢量CLCC指定全局顶点”Z”向标准矢量变更系统数据1 . CONF结构参数2. PRIM主波长3. SVIG设置渐晕系数般操作数1 . SUMM两个操作数求和2. OSUM合计两个操作数之间的所有数3. DIFF两个操作数之间的差4. PROD两个操作数值之间的积5. DM 两个操作数相除6. SQRT操作数的平方根7. OPGT操作数大于8. OPLT操作数小于9. CONS常数值10. QSUM所有统计值的平方根11 . EQUA等于操作数12. MINN返回操作数的最小变化范围13. MAXX返回操作数的最大变化范围14. ACOS操作数反余弦15. ASIN操作数反正弦16. ATAN操作数反正切17. COSI操作数余弦18. SINE操作数正弦19. TANG操作数正切多结构数据1 . CONF 结构2. ZTIH 复合结构某一范围面的全部厚度 规定面空间高斯光束尺寸 规定面空间高斯光束束腰 规定面空间光束Z 坐标 规定面空间高斯光束半径 梯度率控制操作数 1. TnGT2. Tn LT3. TnVA4. GRMN 最小梯度率5. GRMX 最大梯度率6.LPTD 轴向梯度分布率 7. DLTN AN ZPL 宏指令优化1 . ZPLM 像面控制操作数1. RELI 像面相对亮度高斯光束数据1 . 2. 3. 4.CBWACBWO CBWZ CBWR。
（整理）用Zemax进行优化设计.
（整理）用Zemax进行优化设计.目录摘要 (1)ABSTRACT (2)引言 (3)1 光学传递函数和点列图 (4)1.1光学传递函数 (4)1.1.1利用MTF曲线来评价成像质量 (5)1.1.2利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 (5)1.2点列图 (5)2 像差综述 (6)2.1轴上点球差 (7)2.1.1球差的定义和表示方法 (7)2.1.2球差的校正 (8)2.2像散与像面弯曲（场曲） (8)2.2.1像散 (8)2.2.2场曲 (9)2.3正弦差和彗差 (10)2.3.1正弦差和彗差的定义 (10)2.3.2彗差的校正 (12)2.4畸变 (12)2.5色差 (13)2.5.1位置色差 (14)2.5.2倍率色差 (15)2.6波相差 (15)3 表面类型 (17)3.1简介 (17)3.2内含表面 (17)3.3非球面镜片 (20)3.3.1简介 (20)3.3.2非球面镜片光学原理 (20)4 用ZEMAX进行优化设计 (21)4.1由抛物反射镜产生的初级球面像差: (21)4.2求由抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (22)4.3计算抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (23)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献................................................................................................................ 错误！未定义书签。
摘要本文研究了用Zemax设计非球面补偿系统的优化。
非球面抛物面反射镜在许多光学系统中被采用, 但加工检验较难。
在Zemax中优化控制设计零位补偿系统。
设计既方便, 加工又容易, 是一种较好的方法。
文中介绍了七种像差的定义和表示方法以及对于像差的校正方法；波像差的定义、形成原因及其与像差的关系；由于涉及到面型，本文还介绍了Zemax中包含的面型以及重要面型的简介。
基于Zemax的光学透镜设计与激光打标机的应用
基于Zemax的光学透镜设计与激光打标
机的应用
简介
本文旨在探讨基于Zemax的光学透镜设计在激光打标机中的应用。
光学透镜是激光打标机中至关重要的光学组件，其设计合理性直接影响到激光打标机的性能和质量。
Zemax光学透镜设计软件
Zemax是一种专业的光学设计软件，具有强大的光学设计和分析功能。
通过使用Zemax，设计师可以对光学透镜进行高精度的设计和优化，以实现激光打标机需要的精确焦距、聚光效果和光斑质量。
光学透镜设计原理
光学透镜的设计原理涉及到光学的折射、反射、透射等基本规律。
在使用Zemax进行光学透镜设计时，需要考虑到激光打标机的工作波长、光斑直径、工作距离等参数。
设计师可以通过调整透镜的曲率半径、厚度和材料来实现所需的光学功能。
光学透镜在激光打标机中的应用
光学透镜在激光打标机中扮演着关键的角色。
通过合理设计光
学透镜，可以实现激光的聚焦、扩束、从而控制光斑的形状、大小
和质量。
光学透镜的设计应考虑到激光的工作波长、功率以及所需
的聚光效果。
优化的光学透镜设计可以提高激光打标机的标记质量、速度和精度。
结论
基于Zemax的光学透镜设计在激光打标机中具有重要的应用价值。
使用Zemax进行光学透镜的设计和优化，可以帮助设计师实现所需的激光聚光效果，提高激光打标机的性能和质量。
因此，深入
理解Zemax光学透镜设计软件的原理和使用方法，对激光打标机的设计与应用具有重要意义。
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光学软件设计
实验报告：
基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计
姓名：
学号：2011146211
一、实验目的
学会使用ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩大器进行优化设计。
二、实验要求
1、掌握使用多重结构配置。
2、进一步学习构建优化函数。
三、实验内容
设计一个激光扩束器，使用的波长为1.053um，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。
要求只使用两片镜片，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜片之间的间隔必须不超过250mm，只许使用1片非球面，系统必须在波长为0.6328um时测试。
1、打开ZEMAX软件，关闭默认的上一个设计结果，然后新建一个空白透镜。
2、在IMA面（像平面）前使用insert插入4个面，输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值。
3、点击Gen设置入瞳直径为100，点击Wav设置波长为 1.053微米。
4、在主菜单Editors里构建一个优化函数，将第一行操作数类型改为REAY，surf输入5，Py输入1，taiget输入10，weight输入1。
5、在评价函数编辑窗中选工具—默认优化函数。
选reset，将“开始在”的值设置为2，
确定。
6、点击Opt进行优化，优化后生产OPD图。
7、将第一面的conic设置为变量（control+z）。
再次进行优化，重新生产OPD图并观察。
8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。
9、点击Wav重新配置光波长，将之前的1.053改为0.6328，确定后再次更新OPD图并分析。
10、将第二面的厚度250mm设为可变，然后再次点击Opt优化，重新生成OPD图。
此时去掉第二面的可变状态。
11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗口的编辑菜单中选“插入结构”来插入一个新的结构配置，双击第一行第一列，从下拉框中选wave，在同样的对话框里为wavelength选择1，确定。
在config1下输入 1.053，在config2下输入0.6328。
12、为多重结构编辑器加入新的一行，在新的“1”行的第一列双击，然后选THIC为操作数类型。
从surface列选2，确定。
在config1下输入250，config2下也输入250。
将config2
下的第二面厚度设为变量。
13、回到优化函数编辑器。
选工具—默认优化函数，在显示的对话框中将“开始在”的
值改成1，确定。
14、在结构配置1的第一个OPDX行之前插入新的一行，将新加的这一行的操作数类型改为REAY，为surf输入5，Py输入1，target输入10。
结构配置2中不需要更改。
15、回到LDE，将第1、2和4面的曲率半径以及第1面的conic设为变量。
重新优化。
16、此时双击多重结构的config1列头，更新OPD图，得到关于1.053波长的OPD图；同样若双击config2列头，则得到0.6328波长的OPD图，分析像质。