zemax说明

一 Zemax 中实现倾斜的物和像平面可以采用Tilted 类型的面，其中x θ、y θ分别为面和x 、y 轴的夹角。

这两个角度在面属性中可以设置，表示为x tangent和y tangent 。

二 coordinate break 类型的面安排了一些面之后，接下来如果希望在新的坐标系下安排面，那么需要进行坐标转换，为了实现坐标转换，可以采用coordinate break 类型的面，coordinate break 类型的面有6个参数x-decenter, y-decenter, tilt about x, tilt about y, tilt about z ，order 。

x-decenter, y-decenter 为新的坐标原点相对旧的坐标系的位移，tilt about x, tilt about y, tilt about z ，新的坐标原点相对旧的坐标系的各个轴的旋转角度，所有角度是按照右手螺旋规则定的，大拇指指向坐标系的相应轴正方向。

当order=0时，坐标转换的顺序为x-decenter, y-decenter, tilt about z ，tilt about x, tilt about y 。

当order 不为0时，坐标转换的顺序为tilt about x, tilt about y, tilt about z ，x-decenter, y-decenter 。

coordinate break 类型的面是虚拟的，因此不能定义玻璃，仍然采用前面的玻璃类型，Zemax 也不会画出这个面。

coordinate break 类型的面不能作为反射面(mirror)。

一下为一个简单的例子，图中透镜2相对x 轴透镜1沿x 轴旋转45度，显然这个角度按右手螺旋规则是正的。

且坐标旋转是在透镜1之后100 unit 处开始的，旋转之后马上开始放置透镜2。

以上效果的透镜数据为如果相对x轴旋转90度，且坐标旋转是在透镜1之后100 unit处开始的，旋转之后100 unit 处开始放置透镜2。

则效果如下三面的倾斜与位移（tilt/decenter）为了完成面的旋转也可以采用Tilt设置，见说明书52页。

面的倾斜与位移（tilt/decenter）设置是为了在光纤到达这个面之前或之后实现坐标系的转换。

面的倾斜与位移可以看成是一个coordinate break面紧接着一个实际的面再接着一个coordinate break面。

面的倾斜与位移的好处就是在棱镜数据中省掉了虚拟面--coordinate break 面的设置。

设置界面如下。

位移的量及旋转的角度的规定同coordinate break 面的规定。

在光线到达之前的decenter/tilt 的顺序为x-decenter, y-decenter, tilt about x, tilt about y ，tilt about z 。

当然也可以先tilt 后decenter ，即tilt about x, tilt about y ，tilt about z ，x-decenter, y-decenter 。

在光线到达之后的decenter/tilt 的顺序与上面的规定一样。

在光线到达之后的decenter/tilt 方式有多种选择。

1）Explicitly ，单独设置decenter/tilt 值。

2）Pick up this surface ，直接采用在光线到达之前的设置值，即after Surface 的设置值与Before Surface 的设置值相同。

通常用于设置fold mirror ，使光路做90度转弯。

3）reverse this surface ，采用与光线到达之前的设置值相反的设置值，即after Surface 的设置值为Before Surface 的设置值的负值。

是的坐标系又恢复到原来的样子。

4）Pick up surface 1，采用前一个面的Before Surface 的设置值。

5）Reverse surface 1，采用前一个面的Before Surface 的设置值的负值。

4、5设置方式用于实现一系列面的decenter/tilt 。

一个面采用after Surface 的设置与Before Surface 设置之后，它的thickness 是在变换之后的新坐标中度量的，其后的面将在变换之后的新坐标中放置。

4 渐变折射率面渐变折射率面有10中之多。

并不是所有的面后面都可以跟Gradient 类型的面，如果一个面之后不能跟Gradient 类型的面，Zemax 会提示一个错误。

Gradient 1.折射率分布为202r n n n r =+，其中，222r x y =+。

共有三个设置参数0n 、2r n 、t ∆。

其中t ∆为最大步进值，它决定了光纤追迹的速度和精度。

确定一个合适的值的步骤如下。

先设定一个较大的值，观察点列图，记下RMS spot size值。

再将t∆设为原来的一半，观察点列图，考察RMS spot size值，如果RMS spot size值只减小很少的比例，说明新的t∆值是合适的；否则可以继续减小t∆。

过小的t∆值在降低光线追迹的速度时也不一定能够提高精度。

OPD追迹的收敛速度一般比光线追迹的速度慢，所以在做OPD追迹计算时最好按照上面的方法重新检验t∆值是否合适。

在设计的过程中应经常检查一下t∆值是否合适。

Gradient 6.，其中波长的单位为纳米。

5 Birefringent In和Birefringent Out面定义的是单轴晶体，含有一个光轴，正常折射率方向(ordinary)，反常折射率方向(extraordinary)。

单轴晶体具有双折射性能，单轴晶体的具体性能一般的光学教材上有详细的讲解。

名词，Calc ite：方解石。

参数定义包括如下几个方面。

折射率的定义。

Ordinary折射率n的定义和一般的面的玻璃类型的旋转一样，oextraordinary折射率n的无需设计者输入，系统将自动在Ordinary折射率玻璃的名称后加上e-E，然后在数据库中找到这一名称的玻璃。

比如，Birefringent In的Glass Catelog里面输入的是ADP（磷酸二氢铵），那么计算过程中Zemax软件将在数据库里搜寻ADP-E玻璃，并将其折射率作为n。

如果-E玻璃不存在，系统将报错。

除非计算非寻常光线，系统一般采e用n计算，如计算EFL、EPD、F/#。

o晶体的轴的方向。

由parameter2，3，4定义晶轴与x，y，z轴的夹角的余弦值。

比如要定义晶轴沿z轴，那么这三个参数为（1, 0, 0）。

这里的x，y，z轴是指Birefringent In或Birefringent Out面所处坐标系中的轴。

追迹哪些光线。

这由parameter1定义。

取值0或2时，系统计算寻常光线(ordinary)；取值1或3时，系统计算非寻常光线(extraordinary)。

系统不能同时计算ordinary 和extraordinary光线。

为了方便计算ordinary 和extraordinary光线，可以设置Multi-configuration lens。

相位旋转计算（phase rotation calculation）。

当考察偏振光时需要计算相位旋转。

偏振光进入晶体中会分成寻常光和非寻常光，他们之间成很小的角度，随着传输距离的增加，这两束光之间的距离会增大而分离开来。

如果传输距离很短，那么他们就不会分开太多，如果认为他们是重合的，那么在输出端这两束光纤可以相干干涉并合成为一束光线，偏振态会发生变化。

如果parameter1取值0或1，系统就不计算相位旋转，即不计算偏振态的前述变化。

系统只计算ordinary 和extraordinary光线中的一个，另一个光线所占据的能量被抛弃。

如果parameter1取值2，系统计算ordinary光线，同时计算extraordinary光线引入的相位旋转。

如果parameter1取值3，系统计算extraordinary光线，同时计算ordinary光线引入的相位旋转。

这两种情况下，系统会计算偏振态的变化。

能量没有损失。

传输特性与双折射。

光的传播方向与晶轴决定的平面称为主平面。

S 方向偏振，垂直于主平面的方向；P 方向偏振，平行于主平面的方向。

（注：在教材中分别指D 垂直于和平行于主平面的方向）。

S 方向偏振的光无论沿什么方向传播，永远是寻常波，经历的折射率为o n 。

P 方向偏振的光沿垂直于晶轴方向传播时，为寻常波，经历的折射率为e n ；沿非垂直于晶轴方向传播时，为非寻常波，经历的折射率为有效折射率，表示为eff n =， 其中，γ当然，当沿平行于晶轴方向传播时，不需要分S 方向和P 方向，可看成是是S 方向的光，为寻常波，经历的折射率为o n 。

如果parameter1取值0，系统计算寻常光线(ordinary)，此时只考虑S 方向的偏振；如果parameter1取值1，系统计算非寻常光线(extraordinary)，此时只考虑P 方向的偏振；如果parameter1取值2，系统计算寻常光线(ordinary)，此时S 方向的偏振光分量的折射率取o n ，P 方向的偏振光分量的折射率取eff n ，并按照相位旋转计算的模式计算相位旋转及偏振态变化；如果parameter1取值3，系统计算非寻常光线(extraordinary)，此时S 方向的偏振光分量的折射率取o n ，P 方向的偏振光分量的折射率取eff n ，并按照相位旋转计算的模式计算相位旋转及偏振态变化。

Birefringent In 面的参数定义：parameter0定义光轴的显示长度，取值0表示不显示，parameter5如果取0之外的值，那么近轴光线不考虑 非寻常折射率，大多时候parameter5取0。

Birefringent Out 面没有任何设置参数，Birefringent In 和Birefringent Out 面的形状参数与标准面一样。

Birefringent In 和Birefringent Out 面一般成对使用。

6 Paraxial 面。

是一个平面，相当于一个理想的透镜，通常用于汇聚平行光。

所以Paraxial 面通常放置在光线被准直的面后面，这些散焦不汇聚的光通过Paraxial 面之后就汇聚了，并且将Paraxial 面的厚度设置为与它的focal length 一样。

如果OPD mode=0，计算OPD 不考虑像差。

7 T oroidal ，T oroidal Grating 面这两种面都是现在YZ 平面内定义一条曲线，然后围绕一条平行于Y 轴与Z 轴相交的轴旋转，旋转半径为R ，R 为曲线顶点到旋转轴的距离。