基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计
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)
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。
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。
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) ,
（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。
基于Zemax的部分补偿透镜的优化设计_孟晓辰
第31卷 第6期光 学 学 报V ol .31,N o .62011年6月ACTA OPTICA SINICAJune ,2011基于Zemax 的部分补偿透镜的优化设计孟晓辰 郝 群 朱秋东 胡 摇(北京理工大学光电学院,北京100081)摘要 用部分补偿法检测非球面时,部分补偿透镜的优化设计是关键技术之一。
针对这一难点,提出了一种以剩余波前斜率作为优化目标的基于Zemax 的部分补偿透镜设计方法,分析了剩余波前斜率与干涉条纹密度以及弥散圆之间的关系,得到了弥散圆可以定量表征剩余波前斜率的结论,并将弥散圆半径作为优化函数。
针对3种不同参数的非球面进行了部分补偿透镜的优化设计,设计结果表明,该方法可在保证干涉条纹可探测的前提下,简单、快速、全面直观地实现部分补偿透镜的优化设计,减小剩余波前斜率,降低干涉条纹密度,从而扩大干涉仪可测非球面面形误差的测量范围,提高可测的空间频率。
关键词 光学设计;部分补偿透镜;剩余波前斜率;弥散圆中图分类号 O435 文献标识码 A do i :10.3788/AO S 201131.0622002Optimization Design of Partially Compensating Le ns Base d on Ze maxMeng Xiaochen Hao Qun Zhu Qiudong Hu Yao(School of Opt oelectronics ,Beijing Institute of Technology ,Beijing ,100081,China )Abstract Optimization design of partially compensating lens is one of the key problems for aspheric surface testingusing partia lly compensating lens .A design method for the partially compensating lens based on Zemax ,which takes the slope of wave -front as the optimization objective ,is proposed .First the relation among residua l wave -front slope ,and interference fringe density and dispersive spot are analyzed ,leading to the conclusion that the dispersive spot can quantitatively characterize the residual wave -front slope and its radius is taken as the optimization target .Then the method is applied to the optimization design of partially compensating lenses corresponding to three kinds of aspheric surfaces .The results indic ate that ,on the prec ondition that the interference fringes are detectable ,the method can help complete the optimization design of partially compensating lens m ore simply ,faster and more visually ,resulting in dec rease of the residual wave -front slope and reduction in the interference fringes density .Therefore ,the mea surement range of the interferometer for testing aspheric surface is expanded ,and aspheric surfaces with higher spatial frequency can still be measured without increasing the resolution of interferogram detector .Key wo rds optical design ;partially compensating lens ;residual wave -front slope ;dispersive spot OCIS co des 220.1250;220.2740;220.1000;220.3620;220.4840 收稿日期:2010-12-31;收到修改稿日期:2011-02-22基金项目:国家自然科学基金(60578053)资助课题。
ZEMAX实验(三)
yout，用3D看，调出layout后，按↑↓或page down or up看三维效果，在STO的前面插入一个surface，令这个surface的thickness为900，在Max Radius键入40，Update 3Dlayout，图4。旋转三维图观看立体效果，如图5所示。
6..更名存盘后生成报图6镜头数据
四、实验结果及分析
牛顿望远镜基本结构位抛物面主反射镜+与光轴成45度的平面反射镜构成，是一种全反射式的望远镜物镜；对于球面凹面镜成像，有F=R/2的关系；ZEMAX中关于在光路中新添加折叠反射镜仿真实现的步骤。
二、实验要求
1.掌握设立反射镜、使坐标中断的方法。
2.学会使用圆锥系数来优化成像质量。
3.学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。
三、实验内容
1.设计目标：
通过一个具有曲率为2000mm及孔径为200mm的镜面设计一个1000mm F/5的望远镜。
2.设计步骤
1.在STO上的radius项中键入-2000 mm，在thickness项中键入-1000，在Glass项中键入MIRROR，最后在System的General项中的aperture中键入200。
2.Wavelength选用0.550，视场角为0. spot diagram，RMS为77.6microns的spot diagram，如图1所示。
3.在spot diagram的顶端上再加一个Airy diffraction ring.从spot diagram的menu bar选择Setting，在Show Scale上选“Airy Disk”，在STO的Conic项中键入-1，Update spot diagram，如图2所示。
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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。