基于ZEMAX的激光扩束系统设计开题报告 毕业设计(论文)
激光变倍准直扩束系统设计
l
引
言
由于激光具有光能量集中、 方向性和单色性好等特点， 激光准直扩束系统1 1 1 被 广 泛 的 应 用 在 激 光 测 距 |21, 激 光切割， 空间光学， 激光干涉仪， 激 光 制 导 等 各 个 领 域 。激 光 器 输 出 方 向 性 极 好 的 细 激 光 束 ， 有 着0 . 2~ 5 m r a d 极 小 发 散 角 P1; 在 精 密 测 量 中 ， 还需采取办法进一步提高其准直性， 改 变 激 光 光 斑 大 小 。激 光 准 直 扩 束 系 统 能 进 一 步 压 缩 发 散 角 和 扩 大 光 斑 尺 寸 。而 目 前 为 止 大 扩 束 比 的 准 直 扩 束 系 统 扩 束 比 为 定 值 ， 且大都采用反射式扩 束 系 统 |41， 反射式扩束系统采用非球面反射镜1 5 1 的结构， 具有加工难度大， 不 易 调 整 等 特 点 。 目前还有一种利用 衍 射 型 台 阶 化 面 型 近 似 二 次 非 球 面 的 激 光 扩 束 方 案 |61， 对典型的束腰半径为2 m m 的高斯光束， 实现了 2 . 8 倍的 理论扩束比， 这种方法采用了近似非球面的衍射型元件， 加工难度大， 理论计算复杂， 不 易 实 现 。 本文基于无
后 固 定 组 。在 三 组 元 透 镜 组 合 1 8 1 而成的无焦变倍准直扩束系统中， 当变倍组移动时， 其放大率会有所变化。 这时若通过移动补偿组， 使变倍组的像点恰与补偿组的前焦点重合， 则此时的光学系统仍然是一个无焦系 统 |91， 并 且 出 射 光 束 口 径 会 通 过 这 两 组 透 镜 的 移 动 而 发 生 变 化 。一 般 情 况 ， 三组元透镜组可采用“ 正一负一 正” 、 “ 负一 正 一 负 ” 或“ 负一负一正” 等 形 式 。与 “ 负一正一负” 和“ 正_ 负一正” 相比， “ 负一负一正” 具有组合 长 度 短 和 可 快 速 变 倍 的 优 点 。下 面 详 细 介 绍 “ 负一负一正” 结 构 的 无 焦 变 倍 原 理 。系 统 结 构 如 图 1 所 示 ： 其 中 L, 为前固定组； 1^为 变 倍 组 ； L 3 为 补 偿 组 。 弋 为 前 固 定 组 L , 与 变倍 组 1 ^ 2 之 间 的 间 隔 ； < 为变倍组1^2 与 补 偿 组 L 3之间的间隔； 屯 为 前 固 定 组 L , 与 补 偿 组 L , 之 间 的 间 隔 ||(>|。 (a ) 吨 （ b)
柱面镜扩束系统
柱⾯镜扩束系统柱⾯镜扩束系统⼀、实验背景ZEMAX 是⼀套综合性的光学设计仿真软件，它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，它能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。
ZEMAX中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。
同时，也提供快捷键以便快速使⽤菜单命令，ZEMAX 不只是透镜设计软件⽽已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强⼤、灵活、快速、容易使⽤等优点。
ZEMAX功能说明：1、序列性（ Sequential ）光线追迹⼤多数的成像系统都可由⼀组光学表⾯来描述，光线按照表⾯的顺序进⾏追迹。
如相机镜头、望远镜镜头、显微镜镜头等。
ZEMAX 拥有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化并进⾏公差计算。
ZEMAX 中的光学表⾯可以是反射⾯、折射⾯或绕射⾯，也可以创建因光学薄膜造成不同穿透率的光学⾯特性；表⾯之间的介质可以是等向性的，如玻璃或空⽓，也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。
同时也⽀持双折射材料，其折射率是偏振态和光线⾓度的函数。
在 ZEMAX 中所有描述表⾯的特性参数包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、温度系数、穿透率和绕射阶数都可以⾃⾏定义。
在 Sequential的光源追迹中，光源由物⾯上的视场或Bitmap扩展光源定义。
有常规的点光源，视场点可由⾓度、物⾼、实际像⾼或近轴像⾼来定义；点光源可以⽤不同权重定义，还可以分别指定每个光源的渐晕，进⽽调整不同视场的相对照度或F/＃。
ZEMAX也⽀持像散或椭圆形状的⼆极体光源及扩展光源，这些光源允许使⽤者⽤ASCII码⾃⾏定义的，它类似于Bitmap 图形，或⽤标准的Windows BMP或JPG格式⽽且各个象素上的光强度可以是不同的。
2、⾮序列性（ Non-Sequential ）光线追迹很多重要的光学系统不能⽤ Sequential 光线追迹的模式描述，例如复杂的棱镜、光机、照明系统、微表⾯反射镜、⾮成像系统或任意形状的对象等，此外散射和杂散光也不能⽤序列性分析模式。
ZEMAX光学设计报告
光学设计报ZEMA一、设计目通过对设计一个双胶合望远物镜，学zema软件的基本应用和操作二、设计要的双胶合望远物镜，且相对孔径1:1设计一个全视场角1.56°，焦距1000m=13.6m要求相高三、设计过1双胶合望远物镜系统初始结构的选1.选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。
本系统采用紧型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合1.确定基本像差参根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球；正弦；位置色s由此可得基本像差参量。
那么按初级像差公式可F1.冕牌玻璃在前0.0.80.0.8火石玻璃在前0.008因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计1.选定玻璃组鉴玻璃的性价比较好，所以选作为其中一块玻璃。
查表发现0.000.030.008Z组合，此时对应最接近的组合。
此系统选Z组合的折射的折射0.038311.6721.516Z1.74.284070.06092.009402.4求形状系1.考虑到任何实际的透镜组总是有一定的厚度，因此需要把薄透镜组转换成后透镜组100m1/110m。
选用压圈方式根据设计要，则通光口3.m，由此可求得透镜组定透镜组，该方式所需余量由《光学仪器设计手册》查得103.m外径对于凸透镜而言；假分别为球面矢高为折射球面曲率半径为透镜外径如图所示，由上式可求。
将所求的的结果代入下式中可求得凸透镜最小2.62.1缘厚103.4.88.m11利用下式可求得凸透镜的最小中心厚m10.01.02.611.6对于凹透镜而言：先求，再代入下式中可求得凹透镜最小边缘厚1.0.02.6103.11.6m11利用下式可求得凹透镜的最小中心厚不变的条件下进行薄透镜变换成后透镜时，应保四、设计结果）1.1、入瞳直径的设定（图11.1图）2.12、视场角的设定（图2.1图）3.13、工作波长的设定（图3.1图）4.24.1、4、评价函数的选择（图4.1图4.2图）55.1、系统的透镜参数表（5.1图）6.1、优化工具窗口（图66.1图）7.17、系统的结构轮廓图（7.1图）8.1（图MTF、系统的8FFT8.1图）9.1（图PSF FFT、系统的9．9.1图）10.1图（图CURV/DIST10、系统的FIELD）10.1（图）11.1（图图DISTORION GRID、系统的11．11.1图）12.1（图12、系统的SPOT DIAGRAM图12.1图）13.1图（图COLOR TERALLA、系统的13．13.1图）14.1（图FAN14、系统的RAY图14.1图图FAN OPD、系统的15）15.1（图15.1图）16.1（图图、系统的WA VEFRRONT MAP1616.1图）17.1（图图energy encircled diffraction、系统的17．17.1图（数据如下）data system18、系统的DataSystem/PrescriptionFiles\ZEMAX\SAMPLES\LENS.ZMXC:\Program:File Title:2014OCT29Date:WEDTA:DA LENS GENERAL5Surfaces:1Stop:100Aperture=Pupil Entrance Diameter:SystemGB903-87中国Catalogs:SCHOTTGlass OffRay Aiming:0.00000E+000=Uniform,factorApodization:2.00000E+001(C):Temperature 1.00000E+000:TM)Pressure(A Off:Environment To Data Index Adjust pressure)andtemperaturesystematLengthFocalEffective:air(in999.6842space):LengthFocalEffective(in999.6842image989.2692LengthFocalBack:1013.029Track Total:9.996842SpaceImage:F/#9.996842:F/#Working Paraxial9.996906:F/#Working0.04995335:Image Space NA5e-009:Object Space NA50:Stop Radius13.61011:Image HeightParaxial 0:Paraxial Magnification100:Pupil DiameterEntrance0:Pupil Position Entrance100.4728Pupil Diameter:Exit-1004.411Pupil Position:Exitdegreesin AngleField Type:0.78Field:Maximum Radial祄0.5875618:Primary Wavelength MillimetersUnits:Lens0.9952938Magnification:Angular5Fields:degrees Angle inField Type:Weight#Y-V alueX-Value 1.00000010.0000000.000000 1.00000020.2340000.0000001.00000030.3900000.000000 1.0000000.00000040.551000 1.0000000.00000050.780000 FactorsVignettingAN#VCXVDXVVDYVCY0.0000000.0000000.00000010.0000000.0000000.0000000.00000020.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.00000030.0000000.0000000.00000040.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.00000050.0000000.0000003:Wavelengths祄Units:Weight#Value 1.00000010.486133 1.00000020.587562 1.0000000.6562733．。
Zemax激光高斯光束仿真——开题报告
Zemax激光高斯光束仿真_____开题报告学生：陈琪物理与信息工程学院指导老师：陈翔宇江汉大学一．研究的目的和意义激光自60年代初问世以来，由于其亮度高、单色性好、方向性强等优点，在许多领域得到了广泛应用。
例如激光加工、激光精密测量与定位、光学信息处理和全息术、模式识别和光计算、光通信等。
但无论激光在哪方面的应用，都离不开激光束的传输，因此研究激光束在各种不同介质中的传输形式和传输规律，并设计出实用的激光光学系统，是激光技术应用的一个重要问题。
激光具有方向性好能量散射少接近与单色光单位面积能量高等优点所以在光纤通信材料加工等方面有广泛应用。
光作为目前应用领域不论是在工业切割还是在医学光子领域各种各样的场合越来越需要引进这种光源。
但由于激光具有单位面积能量高不易进行实物实验；还有就是各种光学元器件价格昂贵为了减少损失各种光学模拟软件应运而生。
光学模拟软件可以极大程度的还原真实的实验过程可以做各种各样的光路模拟波形仿真。
Zmax作为一款光学模拟软件其具有上手容易功能强大基本可以满足光学设计要求。
二．国内外现状及发展趋势Zmax作为一款光学模拟软件其具有上手容易功能强大基本可以满足光学设计的要求，目前市面上主要的光学辅助设计软件有■Zemax （光学设计软件）■TracePro（光学仿真软件）■ASAP（光学仿真软件）■LightTools（光学仿真软件）■CODEV (Optical Research Associates )■OSLO （Lambda光学设计软件）•ZEMAX 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。
•OSLO 是处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。
•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。
•TracePro 是能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。
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) ,
ZEMAX光学设计报告
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2202.085.01.085.0W 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。
9K 的折射率5163.11=n ，2ZF 的折射率6725.12=n ，038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=ϕ，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：AP 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：)(1200+-+=∞A P WQ Q因为 0P P ≈∞，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞W W 。
zemax课程设计实验报告
zemax课程设计实验报告一、教学目标本课程旨在通过学习Zemax课程设计实验报告，让学生掌握光学设计的基本原理和方法，培养学生运用Zemax软件进行光学系统设计和分析的能力。
1.掌握光学基本概念和原理，如透镜、镜片、光路等。
2.熟悉Zemax软件的操作界面和功能。
3.了解光学系统设计的基本步骤和方法。
4.能运用Zemax软件进行简单光学系统的设计和分析。
5.能根据设计要求，优化光学系统性能。
6.能撰写简单的Zemax课程设计实验报告。
情感态度价值观目标：1.培养学生对光学学科的兴趣和好奇心。
2.培养学生团队合作精神和自主学习能力。
3.培养学生关注实际问题，运用所学知识解决实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学基本概念、Zemax软件操作、光学系统设计方法和实验报告撰写。
1.光学基本概念：包括透镜、镜片、光路等基本知识。
2.Zemax软件操作：学习Zemax软件的操作界面、功能和基本操作。
3.光学系统设计方法：学习光学系统设计的基本步骤和方法，如系统需求分析、光学元件选型、光学设计等。
4.实验报告撰写：学习如何撰写Zemax课程设计实验报告，包括实验目的、原理、过程、结果和结论等。
三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：用于讲解光学基本概念、原理和Zemax软件操作方法。
2.讨论法：用于探讨光学系统设计方法和实验报告撰写技巧。
3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光学系统设计的应用和实际意义。
4.实验法：让学生动手实践，培养实际操作能力和解决实际问题的能力。
四、教学资源本课程所需教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
1.教材：选用《Zemax课程设计实验报告》教材，用于指导学生学习光学基本概念和Zemax软件操作。
2.参考书：提供相关光学设计和Zemax软件使用的参考书籍，丰富学生的知识储备。
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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。
图1.1 Φ300 HTM激光扩束器
毕业设计开题报告
图2.1 卡塞格林系统
图2.2 格里高利系统
从对上述两种系统的分析可以看出,轴对称的结构形式使它们都存在中心遮拦现象
(b) 离轴的格里高利扩束系统图3.3 离轴反射式扩束系统
毕业设计开题报告。