光学设计报告
光学设计报告 北京理工大学
三、望远物镜设计
要求：焦距为 200，半视场角为 4˚，相对孔径为 1：5 设计过程： 1、根据要求，通过查《光学设计手册》得到近似初始结构，其参数为：
光学性能 f ' 200.49
D f ' 1 : 5. 6 2 12
o ' lF 196.44
r
d
玻璃 K9 ZF1
136.14 -78.89 -223.9
6 4
2、打开 ZEMAX，在“gen” 、 “fie” 、 “wav”中设置入瞳、玻璃库、视场、波长等 参数； 3、在“Lens Data Editor”中输入初始参数：
光学性设计实验报告
一、实验目的1. 了解光学系统的基本组成和光学元件的基本特性；2. 掌握光学系统设计的基本步骤和方法；3. 通过实验验证光学系统的设计原理和计算方法；4. 培养实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理光学系统设计主要包括光学元件的选择、光学系统结构设计、光学参数计算、光学系统调试等步骤。
本实验主要验证光学系统的设计原理和计算方法。
1. 光学元件的选择：根据实验要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件。
2. 光学系统结构设计：根据光学元件的焦距、尺寸等参数，设计光学系统的结构，确定光学元件的相对位置。
3. 光学参数计算：根据光学系统的结构，计算光学系统的成像质量、光通量等参数。
4. 光学系统调试：通过实验调整光学元件的位置，使光学系统达到最佳成像效果。
三、实验器材1. 透镜：焦距分别为f1、f2、f3的凸透镜；2. 棱镜：两块不同折射率的棱镜；3. 平面镜；4. 光具座；5. 光源；6. 调焦装置；7. 测量工具：尺子、游标卡尺等。
四、实验步骤1. 光学元件的选择：根据实验要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件。
2. 光学系统结构设计：确定光学元件的相对位置，设计光学系统的结构。
3. 光学参数计算：根据光学系统的结构，计算光学系统的成像质量、光通量等参数。
4. 光学系统调试：通过实验调整光学元件的位置，使光学系统达到最佳成像效果。
5. 实验数据记录：记录实验过程中观察到的现象和数据。
五、实验结果与分析1. 光学系统成像质量分析：根据实验数据，分析光学系统的成像质量，如像差、分辨率等。
2. 光学系统光通量分析：根据实验数据，分析光学系统的光通量。
3. 光学系统调试效果分析：分析光学系统调试后的成像效果，如清晰度、亮度等。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了光学系统的基本组成和光学元件的基本特性，掌握了光学系统设计的基本步骤和方法。
在实验过程中，我们学会了如何选择光学元件、设计光学系统结构、计算光学参数和调试光学系统。
光学设计实验报告
光学设计实验报告光学设计实验报告引言：光学设计是一门关于光学系统设计和优化的学科，它的目标是设计出满足特定需求的光学系统，如相机镜头、显微镜、望远镜等。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解光学设计的基本原理和方法。
实验一：透镜的成像特性在这个实验中，我们使用凸透镜和凹透镜，通过调节物距和像距，观察成像特性的变化。
实验结果表明，凸透镜成像为正立、实像，凹透镜成像为倒立、虚像。
通过测量物距和像距的关系，我们可以得到透镜的焦距。
实验二：光学系统的光路追迹在这个实验中，我们使用光路追迹方法，通过绘制光线追踪图来分析光学系统的成像原理。
通过绘制光线追踪图，我们可以清楚地看到光线的传播路径，进而理解光学系统的成像特性。
实验结果表明，光线经过透镜后会发生折射，根据透镜的形状和位置，我们可以预测成像的性质。
实验三：光学系统的畸变分析在这个实验中，我们使用畸变分析方法，通过绘制畸变曲线来评估光学系统的畸变程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现畸变，主要包括球差、彗差和像散等。
通过分析畸变曲线，我们可以了解光学系统的畸变特性，并进行优化设计。
实验四：光学系统的色差分析在这个实验中，我们使用色差分析方法，通过测量不同波长光线的聚焦位置来评估光学系统的色差程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现色差，主要包括色焦差和色散等。
通过测量聚焦位置的变化，我们可以了解光学系统的色差特性，并进行优化设计。
实验五：光学系统的光学传递函数分析在这个实验中，我们使用光学传递函数分析方法，通过测量系统的点扩散函数来评估光学系统的分辨率和模糊程度。
实验结果表明，光学系统的分辨率受到衍射限制，通过分析点扩散函数，我们可以了解光学系统的分辨率特性，并进行优化设计。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光学设计的基本原理和方法。
光学设计是一门复杂而有趣的学科，它不仅涉及到光学的物理性质，还需要考虑到实际应用的需求。
通过实验的操作和数据分析，我们可以更好地理解光学系统的成像特性、畸变特性、色差特性和分辨率特性，并进行相应的优化设计。
光学系统设计实验报告
光学系统设计实验报告光学系统设计实验报告摘要：本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
引言：光学系统是由光源、光学元件和光学器件组成的系统，用于控制光的传播和成像。
光学系统设计是光学学科的重要分支，广泛应用于光学仪器、通信技术、光学显微镜等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
实验方法：1. 准备实验所需材料和仪器，包括光源、透镜、反射镜、光屏等。
2. 搭建光学系统，根据实验要求确定光源和光学元件的位置和方向。
3. 调整光学系统，使光线聚焦在光屏上，并记录调整过程中的观察结果。
4. 测量光学系统的参数，如焦距、放大倍数等，并进行数据分析。
实验结果：通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
首先，我们调整了光源的位置和方向，使光线能够尽可能均匀地照射到光学元件上。
然后，我们调整了透镜的位置和方向，使光线能够聚焦在光屏上。
在调整的过程中，我们发现透镜的位置和方向对于光的聚焦效果有着显著影响。
当透镜与光源的距离增加时，光线的聚焦效果会变差；而当透镜与光源的距离减小时，光线的聚焦效果会变好。
其次，我们测量了光学系统的参数，如焦距和放大倍数。
通过测量，我们发现透镜的焦距与其形状和材料有关。
不同形状和材料的透镜具有不同的焦距，从而影响光的聚焦效果。
此外，我们还测量了光学系统的放大倍数，发现放大倍数与透镜的焦距和物距有关。
当透镜的焦距增大或物距减小时，放大倍数会增大。
讨论：通过本实验，我们深入了解了光学系统的设计和调整原理，以及光的传播规律和光学元件的特性。
光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响，合理的设计和调整可以提高光学系统的性能和效果。
光学实验综合设计报告南邮
光学实验综合设计报告南邮1. 实验目的本实验旨在通过对光的传播与干涉现象的研究，加深对光学原理的理解，掌握光学实验的基本操作技巧，并提高实验设计与数据处理能力。
2. 实验原理本实验主要包括两个部分：自制光栅的制备与激光干涉实验。
2.1 自制光栅制备为了实现自制光栅的制备，我们首先需要设计并制作一个微细的光栅模板。
具体步骤如下：1. 准备一片亲水性材料（如玻璃），清洁并晾干。
2. 在浓度适宜的光刻胶溶液中浸泡玻璃片，使其均匀地附着一层薄膜。
3. 使用偏振镜来形成光栅样例，例如制作等间距、等宽度的直线或点阵。
4. 用热压机将光刻胶固化，得到光栅模板。
2.2 激光干涉实验激光干涉实验主要包括两个部分：Young双缝干涉实验和迈克尔逊干涉仪。
1. Young双缝干涉实验：在一个光学平台上设置两个细缝，利用光的干涉现象观察到干涉条纹的形成，并测量干涉条纹的间距。
2. 迈克尔逊干涉仪：使用一束激光垂直射入半透镜后，分为两束，分别经过两个反射镜反射，最后重新合束成一束，形成干涉现象。
通过调节反射镜的位置，观察到明暗条纹的变化，并测量反射镜光程差的变化。
3. 实验过程及结果3.1 自制光栅制备通过上述步骤，我们成功制备了一片自制光栅模板。
使用显微镜观察模板表面，发现其具有规整的光栅结构。
3.2 激光干涉实验在激光干涉实验中，我们首先进行了Young双缝干涉实验。
通过调节两个细缝的间距，我们观察到了明暗条纹的出现。
使用测微计测量得到的干涉条纹间距与理论值相符合，验证了实验的正确性。
接着，我们进行了迈克尔逊干涉仪实验。
通过调节反射镜的位置，我们观察到了明暗条纹的变化。
根据条纹的变化情况，我们可以计算出反射镜光程差的变化。
实验结果与理论值吻合度较高，验证了实验的准确性。
4. 实验总结通过本次光学实验，我们深入学习了光的传播与干涉现象的理论知识，并通过实验加深了对这些知识的理解。
在实验中，我们也掌握了自制光栅制备与激光干涉实验的基本操作技巧，并通过对实验数据的处理，提高了实验设计与数据分析的能力。
光学设计 研究报告
光学设计研究报告
光学设计研究报告
一、研究背景
光学设计是指通过计算机辅助工具和光学原理，设计和优化光学系统的过程。
在现代科技和工程领域，光学设计被广泛应用于激光器、光通信、光学传感、成像设备等领域。
二、研究目标
本研究的目标是设计和优化一个光学系统，以达到特定的性能要求。
通过合理地选择光学元件（如透镜、反射镜等）的参数和配置，使得系统能够实现特定的成像、聚焦等功能。
三、研究方法
在光学设计中，通常采用光线追迹法进行建模和优化。
首先，需要确定光学系统的几何参数和光学材料的光学性质。
然后，使用光线追迹法模拟光线在系统中的传播路径，并计算出输出光的特性。
接下来，通过连续改变系统的参数，比如光学元件的曲率半径、厚度等，使用优化算法寻找最优解。
最后，根据实际要求和约束，选择最佳的设计方案。
四、研究结果
通过光学设计软件的辅助，本研究获得了一个光学系统的最佳
设计方案，实现了预期的性能要求。
该系统具有良好的成像质量、聚焦能力等特点，为实际应用提供了可行方案。
五、研究意义与应用
光学设计在现代科技和工程领域有着广泛的应用。
它不仅能够提高光学系统的性能和效率，还能够节省成本和资源。
在激光器、光通信、成像设备等领域，光学设计能够实现更精确的聚焦、成像和光束控制，为相关技术和产业的发展提供强大支持。
六、研究展望
光学设计是一个不断发展和探索的领域。
未来的研究可以通过优化算法的改进和新型光学元件的应用，进一步提高光学系统的性能。
同时，结合人工智能和机器学习的方法，可以实现更自动化和智能化的光学设计过程，提高效率和精度。
光学设计实验报告范文(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光学系统设计的基本原理和方法。
2. 掌握光学设计软件的使用，如ZEMAX。
3. 学会光学系统参数的优化方法。
4. 通过实验，加深对光学系统设计理论和实践的理解。
二、实验器材1. ZEMAX软件2. 相关实验指导书3. 物镜镜头文件4. 目镜镜头文件5. 光学系统镜头文件三、实验原理光学系统设计是光学领域的一个重要分支，主要研究如何根据实际需求设计出满足特定要求的成像系统。
在实验中，我们将使用ZEMAX软件进行光学系统设计，包括物镜、目镜和光学系统的设计。
四、实验步骤1. 设计物镜（1）打开ZEMAX软件，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择物镜类型，如球面镜、抛物面镜等。
（3）设置物镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化物镜参数，以满足成像要求。
2. 设计目镜（1）在ZEMAX软件中，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择目镜类型，如球面镜、复合透镜等。
（3）设置目镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化目镜参数，以满足成像要求。
3. 设计光学系统（1）将物镜和目镜的镜头文件导入ZEMAX软件。
（2）设置光学系统的其他参数，如视场大小、放大率等。
（3）优化光学系统参数，以满足成像要求。
五、实验结果与分析1. 物镜设计结果通过优化，物镜的焦距为100mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
2. 目镜设计结果通过优化，目镜的焦距为50mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
3. 光学系统设计结果通过优化，光学系统的焦距为150mm，半视场角为20°，成像质量达到衍射极限。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光学系统设计的基本原理和方法。
2. 学会了使用ZEMAX软件进行光学系统设计。
3. 加深了对光学系统设计理论和实践的理解。
4. 提高了我们的动手能力和团队协作能力。
5. 为今后从事光学系统设计工作打下了基础。
注：本实验报告仅为示例，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。
ZEMAX光学设计报告
ZEMAX光学设计报告一、引言ZEMAX是一种广泛应用于光学设计和仿真的软件工具，它提供了一系列功能强大的工具和算法，可以帮助光学工程师进行光学系统的设计、优化和分析。
本报告将介绍使用ZEMAX进行的光学设计，并详细阐述设计的目的、方法和结果。
二、设计目的本次光学设计的目的是设计一种能够产生高质量成像的透镜系统。
通过使用ZEMAX软件进行光学设计和优化，我们希望能够在保持高分辨率和低畸变的同时，尽可能减小像差和光能损失，实现最佳成像效果。
三、设计方法1.初始设计：根据设计要求和限制条件，我们首先进行了初步的系统设计。
选取了适当的光学元件，如凸透镜、凹透镜、平面镜等，通过摆放和调整位置来搭建初始的光学系统。
2. Ray Tracing：使用ZEMAX的Ray Tracing功能，我们可以模拟光线在光学系统中的传播和反射。
通过调整折射率、半径和曲率等参数，我们可以对光线进行控制和优化，实现所需的成像效果。
3. Aberration Analysis：使用ZEMAX的Aberration Analysis功能，我们可以对系统的像差进行分析。
通过查看球差、色差、像散、畸变等参数，我们可以对光学系统进行调整和优化，以提高成像的质量和准确性。
4. Optimization：在初步设计和光线追迹分析的基础上，我们使用ZEMAX的优化功能来调整光学系统的各个参数，以达到最佳的成像效果。
通过设置目标函数和约束条件，优化算法可以在设计空间中最优解，帮助我们找到最佳的设计方案。
5. Iterative Refinements：根据优化结果，我们进行了反复的调整和优化，以进一步改善光学系统的成像效果。
通过多次迭代，我们逐渐接近最优解，达到了设计要求。
四、设计结果通过使用ZEMAX进行光学设计和优化，我们成功地设计出了一种可以产生高质量成像的透镜系统。
经过多次优化和迭代，我们达到了如下设计目标：1.高分辨率：经过系统优化，我们成功降低了球差和色差等像差，提高了光学系统的分辨率。
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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：1'4o Df =，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303056D 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：如何考虑渐晕？我们还是采取50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少），所以我们选择上下边缘各拦掉25%的光，保留中间的50%。
即保留中间像质好的，去掉边缘像质不好的。
下半的25%由目镜拦掉，上半的25%由棱镜拦掉，只留下中间的50%。
如图：移出梯形后计算：141202224D D D D⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭棱物视视＝，此处后截距取大于14mm 即可，我取14mm 。
又30D mm =物，16.7824D mm=视场，所以有16.574D mm ≈棱，8.2872D mm =棱。
所以展开厚度233.15L D mm ==棱，因为装配需要，取33.5L mm =，空气平板的长度22.1Ld mm n=≈。
即物镜距棱镜第一面为59.8mm 。
验算：取59.8mm 会不会挡轴上点的光？如图求得极限距离为53.7mm ，若小于此距离时候棱镜档光，取59.8是可以的。
意义：说明之前取后截距14mm ≥，但是不能取得太大，否则棱镜离物镜太近了会挡光！ 6、求目镜口径D 目D 目无渐晕时候，()'2''2o e D D f f tg ω⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦出目，现在有25%的渐晕，所以()'2''22.084o e D D f f tg mm ω⎡⎤=++=⎢⎥⎣⎦出目。
（因为''''e o D f D f =出入） 7、总体结构总尺寸59.821420101091.820111.8110L mm =-++++=+=≈二、光学系统选型根据设计技术要求与外形尺寸计算结果：物镜：'/1:4D f =，28ω=，'120f mm =目镜：'20f mm ='245.5ω=，5D mm =出，'8~10z l mm >查阅相关光学手册，可知双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。
相关的结构特点，像差特性和光学性能如下：望远镜：孔径大，视场小，所以轴外像差小，只需要校正轴上点像差。
两种轴上点像差：球差、位置色差。
与孔径相关。
其余轴外像差：与视场相关，但慧差与孔径和视场都相关，所以也要考虑慧差。
所以：对于物镜：校正球差、位置色差、慧差（可用正弦差代替）对目镜：大视场，小孔径。
要校正：像散、场曲、畸变、慧差、倍率色差。
选择：物镜—双胶合；目镜—凯涅耳目镜。
双胶合望远物镜(图1)的特点是结构简单，制造和装配方便，光能损失较小。
玻璃选择得当，可以同时校正球差，正弦差和色差。
当高级球差得到平衡时，胶合面的曲率较大，剩余的带球差偏大。
因而，双胶合物镜只适用于小孔径的使用场合。
常见的孔径如表所示。
考虑到胶合面有脱胶的概率，双胶合物镜的口径不宜过大，最大口径为100mm 。
双胶合物镜能适应的视场角不超过10。
凯涅尔目镜（图2）是在冉斯登目镜基础上发展起来的，它把接目镜改成了双胶镜。
增加一个胶合面变数用来校正倍率色差，且在校正倍率色差的同时可以把场镜和接目镜的间隔进一步减小，从而取得结构缩短，场曲减小的效果。
凯涅尔目镜的成像质量优于冉斯登目镜，它能适用的视场也大于冉斯登目镜。
凯涅尔目镜的光学性能是：视场240~50ω=，相对镜目距''/1/2p f =。
第二部分：PW 法求初始结构参数（双胶合物镜设计）PW 法理论见前文介绍。
一、求解本设计的结构已知'120,30,28o o f mm D mm ω=== 1、求,,z h h J由设计条件，有()1520''' 1.4089('0.125,''8.3912,'1)'z o o D h mm h J n u y h u y f tg mm n f ω⎧==⎪⎪⎪=⎨==⎪⎪=====⎪⎩孔径光阑在物镜框上 注意：由于含有平板，平板会产生像差，所以要用物镜的像差来平衡平板的像差。
2、平板像差两个平板，厚度为2233.567L mm =⨯=，所以有24310.006906Ip n S du n -=-=-∑，其中67, 1.5163(9),0.125,0.6096,64.06p d mm n K u u ν====-=；()0.003404p IIp Ip u S S u==∑∑；22(1)0.003667Ip d n C u n ν--==-∑3、双胶合物镜像差双胶合物镜像差应该与平行平板像差等值反号，据此提出物镜像差。
（若不需平衡平板像差的话，取物镜像差都为0）即双胶合像差0.0069060.0034040.003667I II IS S C =⎧⎪=-⎨⎪=+⎩进行归一化后： 1）2,0.001958II C C C C h ϕ→== 2）求P 、W ：0.00040640.0032453(,0)I II II z z S P h S W J S h P JW h ⎧==⎪⎪⎪=-=-⎨⎪=-=⎪⎪⎩3）求P ∞、W ∞： 320.20808()0.2077()P P P h W W W h ϕϕ∞∞⎧===⎪⎪⎨⎪==-=⎪⎩（因为是望远系统，物就在无穷远，所以此时有P P W W∞∞⎧=⎪⎨⎪=⎩） 4）求0P若冕牌玻璃在前：200.85(0.1)0.19822P P W ∞=-+= 若火石玻璃在前：200.85(0.2)0.20803P P W ∞=-+= 5）查表，选玻璃对根据___0.001958C =与0P 的值查光学设计手册，可知BaK2-ZF2玻璃对在___0.002C =时，00.217434P =，与计算结果相当接近，因此双胶合物镜选BaK2-ZF2玻璃对。
根据光学手册关于BaK2-ZF2玻璃对的详细信息：P0=0.260234，Q0=-4.208478，W0=0.0736681 1.112774ϕ=-，A=2.404959，K=1.702479 n1=1.5399，n2=1.6725 6）求形状系数Q0Q Q =±因__P ∞＜0P ，所以该式无解 __000.20770.2247895.087553 5.09751.717269W W Q Q K ∞--+=+=+=-5.4717 7）求归一化后的透镜各面曲率半径1111 2.18471n Q n ϕρ=+=-0.341421 3.9797Q ρϕ=+=-3.160682132210.207311n Q n n ϕρ=+-=----1.9074 所以：'11154.93f r mm ρ==373037 '12232.15f r mm ρ==-37.97 '133578.9f r mmρ==--62.91 8）求厚透镜的厚度和口径具体公式要看图写出，此图是凹透镜在前凸透镜在后物镜外径的确定。
根据设计要求：30D mm =。
物镜用压圈固定，其所需余量由光学设计手册查得为2mm ，由此可得物镜的外径为32mm 。
光学零件的中心厚度及边缘最小厚度的确定。
为了使透镜在加工过程中不易变形，其中心厚度与边缘最小厚度以及透镜外径之间必须满足一定的比例关系： 对凸透镜：高精度 37d t D +≥中精度 614d t D +≥其中还必须满足0.05d D >对凹透镜：高精度 82d t D +≥且0.05d D ≥中精度 164d t D +≥且0.03d D ≥式中，d 为中心厚度，t 为边缘厚度。
根据上面公式，取高精度可求出凸透镜和凹透镜的厚度。
由图可知中心厚度1121d t x x =-+ 另取82d t D += 所以有：凹透镜：()21810D x x t +-=式中1x 、2x 为球面矢高，可由下式求得：x r =±式中D 为外径，当r >0时，取负号，当r <0时，取正号。
式中人为折射球面半径，D 为透镜外径。
凹透镜最小中心厚度1121d t x x =-+ 代入物镜的相关参数，可得d1=2.56，d2=7.634 同理可得：凸透镜：()23310D x x t -+=凸透镜最小中心厚度为2223d t x x =++代入物镜的相关参数，可得d1=2,56，d2=7.634二、上机数据及像差容限的计算根据之前的计算，已基本得到了双胶合物镜的初始结构参数。
现在我们知道： 物距：∞，半视场角：4o ，入瞳直径：30mm ，折射面数：7个（双胶合3个，平板4个）。