第5章：衍射光学元件优化设计
SA算法从理论上讲，是一种全局优化算法，但真正实现是不可 能的，需在每个温度迭代无穷次以达到平稳分布。从应用角度 看，在可接受的时间里得到满足要求的解，无法保证能得到全 局最优解，但它能跳出局部最优点。
♦ GA(Genetic Algorithm)算法
遗传算法是一种基于自然选择原理和自然遗传机制的 搜索(寻优) 算法，它是模拟自然界中的生命进化机制。
(4) 交叉。把两个不同位串上的有用段组合在一起， 交叉的位置随机确定，发生概率为0.6 到1.0 之间。
(5) 变异。辅助算子。作用在位串上，以较小的概率 随机改变位串上的任一位(即相应位上的0 变为1，或1 变为0)，变异的位置随机确定。概率值一般取0.001到 0.01之间。
(6) 达到设定的迭代次数或收敛指标时停止,否则转回 到(2)。
5.2.3 混合优化算法
全局搜索算法 • 跳出局部极值点，获得全局最优解 • 优化效率低
局部搜索算法 • 不能跳出局部极值点，优化结果不够好 • 优化效率高
♦ GLUSA(Global/local united searching algorithm)
5.3 精细化设计
优化
数值解
离散化
方法1：通过降低光源相干性来抑制噪声，采用非相干 激光光源，或LED、超辐射发光二极管等光源。
Output modification should be sufficiently adiabatic, then no 2π-line discontinuities will be introduced.
κ should be small enough to ensure the output modification is sufficiently adiabatic.
输入面
输出面
透镜
设计性能差
(a) j=1
(b) j=2
(c) j=J
振幅限制条件随循环次数j的增加而严格示意
第j步补零区域振幅αJ>0
二维仿真结果
优化过程中的Kj、αj和RMSEF，j
Ij 的二维分布
三次循环中所有RMSEF，k的变化情况
I1
I2
I3
根据优化出的相位分布，输出面采样加密4倍后的计算结果
遗传算法包含三个基本算子： (1) 繁殖； (2) 交叉； (3) 变异。
遗传算法实现
(1) 随机产生一组初始种群(n个，n=40~300)：解群。
(2) 计算解群中每个解(位串)相应的目标函数值(适值) 及选择率(每个位串的适值占解群适值的百分数)。
(3) 在计算的各个位串的适值中，选出适值较大的n 个 位串，构成配对集，这个过程称为选择。或者每次从 解群中随机选出两个位串，将适值大的位串加入配对 集。重复此过程，直至配对集中包含n 个位串为止， 这是两两竞争方法。
5.1.1.4 其他改进算法 • 输入输出算法 Input-output algorithm
• 自适应加法算法 Adaptive-additive algorithm • 自适应乘法算法 Adaptive-multiplicative algorithm • 自适应正则化算法 Adaptive-regularization algorithm
针对GS算法提出的改 进算法也适用于改进 YG算法。
YG 算法的改进算法设计结果
η=93.6% rms =0.2%
YG算法除光束整形外，还能实现诸多功能。
偏振解复用
波长解复用
长焦深
GS算法不能实现或很难实现！
5.2 搜索算法
优化算法 算法流程
输入 迭代算法 输出
搜索算法 优化策略
输入 输出
全局搜索
二维实验结果
实验光路图 相位分布
实验结果 GS算法的实验结果
5.4 空间频谱性能评价
由离散点确定的离散性能，不可信！ 如何可信地评价性能? 空间频谱分析方法
§3.8 性能评价
假设相位对称分布
• 重新定义衍射光学光束整形器件的性能
连续定义
离散定义
光束匀滑区域 总光强值
光强均值 效率
均方根误差
精细化设计 离散采样：η=94.1% rms=7.6% 空间频谱：η=92.7% rms=7.5%
难以解析求解，转化成优化问题。
离散化处理
一维情形、入射波前为理想平面波、系统为傅里叶变换系统 多台阶衍射光学器件：
口径为D，等分为N相位单元 矩形函数： 透过率函数：
傅里叶变换系统
输出光强分布： sinc函数： 采样间隔选为
FFT
输出面理想分布： d
矩形区域内，采样点数目： 理想输出：
光能利用率： 顶部不均匀性：
5.1.2 YG(杨-顾)算法
GS算法及其改进算法局限于处理傅里叶变换系统
实际光学系统，非傅里叶变换形式 非幺正变换系统(像差、光阑的存在等) 对多个输出面、多个波长等提出要求
GS算法难以奏效！
中科院物理所杨国桢、顾本源等应用光学一般变换理 论，提出了幺正变换系统中振幅/相位恢复问题的一般 描述方法，通过严格数学推导，给出了一组确定振幅/ 相位分布的联立方程组；并将之推广到非幺正变换系 统。基于联立方程组的迭代算法，原则上可解决任意 线性变换系统中的振幅/相位恢复问题。
光束整形、光束准直、光互连等
优化
优化算法 算法流程
输入 迭代算法 输出
搜索算法 优化策略
输入 输出
全局搜索
局部搜索
模拟退火 遗传算法
最速下降法 爬山法 共轭梯度法
GS 算法, YG算法及其改进算法
衍射光学光束整形系统 将光束调整为在输出面上所需要的形状
G: 描述输出面与输入面光场分布关系的积分变换
已知条件： 系统积分变换G 入射光波A(x,y) 输出面光场复振幅分布E2_ideal(ξ,η)或光强分布Iideal(ξ, η)
求解？ 衍射光学器件的透过率函数t(x,y) 调制入射光波，经G变换后，实现E2_ideal(ξ,η)或Iideal(ξ, η)
? E2_ideal(ξ,η)
?!
最大的问题：无法保证t(x,y)是一个纯相位函数！
需求：Iideal(ξ, η)
E2_ideal(ξ,η)的相位可不受限制
?!
如何求解α(ξ, η)，保证t(x,y)是一个纯相位函数？ 死循环！
传统设计 η=96.1% rms=3.3%
η=82.8% rms=68.6%
空间滤波处理 谱
滤波
ICF中，热传导等物理效应，能抹平光强分布中的高 频分量，改善顶部均匀性。
低通滤波(振幅型)
空间周期10μm对应的m: λ=1.053μm、f=600mm、D=100mm，N=256 低频滤波后，振幅谱为：
光学设计
谭峭峰 tanqf@
清华大学 精密仪器系 光电工程研究所
第五章 衍射光学元件优化设计
波前变换法设计：
菲涅耳波带透镜、光束整形器件
解析法设计：
分束比为3的Dammann光栅分束器 两台阶Talbot光栅阵列照明器
只有很少的几种特殊情况能进行解析求解
衍射光学元件能实现的特殊光学功能：
G: 描述输出面与输入面光场分布关系的积分变换
从泛函分析的角度考虑， 、 可看成平方可 积函数空间L2中的点或元素，积分变换G是平方可积 函数空间L2中点到点的映射或是函数空间L2中的一个 线性变换。
积分变换G可用无限维矩阵
表示。
幺正变换： 非幺正变换：
“+”表示取厄密共轭运算(转置复共轭)
一维情形： 输入面采样数目N1 输出面N2
求D的最小值 变分(微分)
*表示取共轭
设计参数：入射波长λ=1.053μm 器件口径D=100mm 透镜焦距f=800mm 输出焦斑大小d=210μm
YG算法流程
η=98.2% rms =21.1%
η=98.6% rms =17.7%
对于傅里叶变换系统的光束整形， YG算法就退化为GS算法。
缺点相同：存在位相突变点 设计性能不够好！
Step 1
Step 4
Step 2
Step 3 GS 算法流程图
相位混合算法（Phase mixture algorithm）
相位混合前 相位混合后
a+b=1
a=0.9 b=0.1
η=97.4% rms =19.9%
获得连续相位分布，与初值有关
5.1.1.3 绝热迭代，获得二维连续分布相位
• The initial phase should be chosen to be smoothly varying. • The output should be modified slightly during each iteration cycle.
5.1迭代算法
5.1.1GS(Gerchberg-Saxton )算法
(最早的实用算法， 1971年)
Step 1
Step 4
Step 2
Step 3 GS 算法流程图
设计参数：入射波长λ=1.053μm 器件口径D=100mm 透镜焦距f=800mm 输出焦斑大小d=210μm
N如何选取？
η=98.6% rms =17.7%
缺点：
• 存在包含相位突变点 • 设计性能不尽如人意
Step 1
Step 4
Step 2
Step 3 GS 算法流程图
5.1.1.1 调整 Step 2，改善设计性能
每次以理想输出替换输出面光场振幅分布
改进算法设计结果 提高收敛速度，基本克服易陷于局部极值点这一缺陷。
5.1.1.2 调整 Step 4，减小位相突变点
GS algorithm
Adiabatic modification
5第五章：激光近场波前测量方法
第五章激光束近场波前测量方法波前作为衡量激光器输出光束质量的一个重要表现，一直受到人们普遍关注。
在诸如用于惯性约束聚变的大型高功率激光器中，输出光束的波前好坏直接关系着最终物理实验的成败。
同时，由于在高功率条件下，光的非线性效应显得十分突出，光束中的振幅和位相的畸变在光放大过程中由于非线性效应将对光学元件造成的成丝破坏。
因此，准确获知波前信息可对激光系统输出光束的质量作出客观评价，这对高功率激光系统的光束质量（特别是波前）的控制和检测显得尤为重要。
另一方面从实验中获取真实的波前信息可用于校核模拟计算，为激光系统的优化设计提供参照。
同时也可为波前敏感的衍射光学元件（DOE）的设计提供符合实际的输入波前，这对DOE在ICF驱动器中的实用化有着重要意义。
从现有国内的研究状况来看，高功率固体激光器的波前一般采用自适应光学系统中的哈特曼传感器进行测量1，由于传感器阵列单元数有限，采用这种方法对波前分布的测量精度受到限制。
同时，这种方法还有系统复杂，对工作环境要求高的缺点。
之外，就是根据光束聚焦光斑的分布引入衍射极限的概念定性估计波前的好坏，或者是采用在不同的距离上用场图像纸记录下近场的光束大小，粗略估算波前的曲率半径。
这些方法简单，较为粗糙，均不能反映波前的真实细节。
目前国内现有高功率激光系统波前测量手段不足的现状亟待改变。
从国外现有的报道来看，在一些拥有高功率激光装置的实验室，都已开展波前测量技术的研究，并在这些装置上获得成功的应用，如英国的HELEN 2TW 钕玻璃激光系统2，美国的NIF原型装置Beamlet3。
随着我国高功率大型激光系统的设计和研制工作的进一步深入和发展，开展高功率激光波前检测技术方法的研究显得尤为迫切和重要。
目前在光束的测量诊断设备中，大多是光强敏感型设备，即通过对光强进行测量获知所需的光束信息，尚未有能直接对激光的位相进行测量的设备。
因此，目前波前的测量手段一般是借助一些光学原理通过记录包含有位相信息的光强分布（比较常用的是采用干涉的原理获得干涉条纹分布），然后再从中提取出激光的波前信息（通过对干涉条纹的判读获得波前信息）。
第一章高阶光学设计时的优化顺序
第一章高阶光学设计时的优化顺序第一章：引言在光学设计中，高阶光学设计是一项重要的任务。
通过对光学系统进行优化，可以提高系统的性能和质量，使其更好地满足实际需求。
然而，在进行高阶光学设计时，设计者需要遵循一定的优化顺序，以确保设计结果的准确性和可靠性。
本文将介绍高阶光学设计时的优化顺序，并逐一解释每个步骤的作用和意义。
第二章：初步设计高阶光学设计的第一步是进行初步设计。
在这一阶段，设计者需要根据实际需求和系统要求，确定光学系统的基本参数和结构。
这包括确定光学元件的类型、数量和位置，以及系统的光路布局和焦距等参数。
通过初步设计，设计者可以建立起一个初步的光学系统模型，为后续的优化提供基础。
第三章：光学元件的选择和优化在光学系统中，光学元件起着至关重要的作用。
在高阶光学设计中，选择和优化光学元件是一个关键的步骤。
设计者需要根据系统的需求和要求，选择合适的光学元件，并对其进行优化。
优化的目标是使光学元件的性能最佳化，包括提高透过率、减小散焦和像差等。
通过选择和优化光学元件，可以有效提高光学系统的性能和质量。
第四章：光学系统的布局和光路设计在高阶光学设计中，光学系统的布局和光路设计是一个重要的环节。
通过合理的布局和设计，可以使光线在系统中传输的过程中尽量减小能量损失和像差，从而提高系统的光学性能。
在布局和设计过程中，设计者需要考虑光学元件的位置和朝向，以及光路的走向和传输路径等。
通过合理的布局和光路设计，可以优化光学系统的性能和质量。
第五章：像差和畸变的校正与优化在光学系统中，像差和畸变是光学系统中常见的问题。
在高阶光学设计中，校正和优化像差和畸变是一个重要的步骤。
设计者需要通过调整光学元件的位置和参数，以及改变光路的走向和传输路径等，来校正和优化像差和畸变。
校正和优化的目标是使光学系统的成像质量达到最佳状态，从而提高系统的光学性能。
第六章：光学系统的调整和优化在高阶光学设计中，光学系统的调整和优化是一个不可或缺的环节。
第4章衍射光学元件的加工技术
3）消除了由于掩模版图形线宽过小而产生的光衍射效应；
4）同时光能集中，曝光时间短，所生成的图形的对比度 高。
• 缩小投影曝光也有一些缺点，例如曝光面 积小和有效景深很浅等。
项目参数适用的掩模尺寸
适用的硅片尺寸 光刻图形线条 掩模与硅片之间的相对位移范围 承片台(硅片)绕主轴旋转粗调 承片工作台综合移动范围 承片台的球座平面至掩模板面升
• 分类：台阶型轮廓的二元光学器件是利用标准的 大规模集成电路生产工艺制作的，它分加法相减 法两种工艺途径。
• 减法工艺，又称刻蚀法。首先制作黑白图案的掩 模版，利用光刻技术将图形转印到涂在基片表面 的光刻胶上，再经过刻蚀技术将光刻胶表面图形 转印到基底上，在基底表面形成两台阶结构。多 次重复上述工艺过程，就可制作成多台阶表面浮 雕轮廓相位型光学器件。
前烘
• 在涂好的胶膜中，常含有很多溶剂，这将使得胶 膜的致密性及其与基片表面的粘附性变差，从而 使显影液的溶解速度不稳定，同时在微细加工过 程中容易造成物理损伤。为此，必须对胶膜在一 定温度下进行烘焙，即前烘。
• 其目的主要是为了消除胶膜中的溶剂，从而保证 曝光的重现性和显影时成像良好。前烘可采用热 板、热风循环式或对流式烘箱。在前烘中，非常 关键的一点是选择前烘的工艺参数。不同胶种应 选择不同的工艺参数，以确保光刻线条的质量。
• 光刻胶显影的工艺条件由光刻胶的显影特性决定。其 工艺条件除了与显影液的种类、性质、显影方法、前 烘及曝光等有关之外，最基本的是选择合适的显影温 度和显影时间。一般选取20oC左右为光刻胶显影温度， 这时显影时间大约为1-2min，其随膜厚等条件的不 同而有差异。显影温度过高，由于溶解速度太快，会 影响图形精度；温度过低，由于反应太慢，显影时间 过长，会引起胶膜的溶胀和图案边缘的渗透钻蚀，甚 至出现浮胶。因此在显影时，应严格控制显影时间和 显影温度。
光学设计与光学工艺
光学设计与光学工艺光学设计与光学工艺光学是物理学中一个非常重要的分支，光学技术广泛应用于工业、医疗、军事、航天等领域。
光学技术的应用与发展离不开光学设计和光学工艺。
一、光学设计光学设计是指通过对光学器件结构、材料等参数的调整和优化，以达到指定的光学性能要求的技术。
光学设计的目的是在光学器件中实现特定的光学功能。
光学设计中的基本概念：1. 光线光线是指在介质中传播的光的路径。
光线可以用来描述光的传播方向、位置和强度等参数。
光线的传播符合几何光学的规律。
2. 物理光学物理光学是研究光的波动性质和光与物质相互作用的学科。
物理光学的研究内容包括波动光学、色散、透镜、衍射、干涉等。
3. 几何光学几何光学是研究光的传播路径和能量转移的学科。
几何光学的研究内容包括光线、透镜、成像和光学仪器等。
光学设计中的基本步骤：1. 分析需求在光学设计之前，需要了解实际需求。
需求可分为几何和波动两个方面。
根据需求，选择合适的光学系统和光学元件。
2. 设计参数光学设计参数包括：光学组件类型、透镜结构、材料、曲率等。
光学设计参数是光学设计的基础。
3. 模拟和布局根据光学设计参数模拟光的行为并进行光路布局。
光路布局确定光的传播路径和构建光学器件，同时也用于分析和优化光学系统的性能。
4. 优化设计设计优化是指在满足系统要求的前提下，调整光学系统设计参数以实现更好的光学性能。
设计优化方法包括改变透镜曲率、调整透镜间距、改变透镜厚度等。
5. 检验和调整光学设计完成后，需要对系统进行检验和调整以验证光学性能。
检验和调整包括透镜表面质量检查、系统调整和性能测试等。
二、光学工艺光学工艺是指通过各种手段制造光学元件、搭建光学系统的生产和加工方法。
光学工艺中常用方法包括：光学加工、光学涂层和光学测试等。
1. 光学加工光学加工是指使用各种工具对光学元件进行加工和表面处理。
光学加工方法包括：研磨、抛光、切割和打磨等。
2. 光学涂层光学涂层是指在光学元件表面上制成一层镀膜，以改变光线通过元件的透射、反射和吸收等特性。
第五章 电子衍射衬度成像
当一个电子与一个孤立的核外电子发生散射作用时，由于两者质量 相等，散射过程不仅使入射电子改变运动方向，还发生能量变化，这种 散射叫做非弹性散射。散射角可由下式来定；
e α
Ur e
或
re
e Uα
(5.2)
2021/6/12
5.1.1 质厚衬度成像原理
一个原子序数为Z的原子有Z个核外电子。因此，一个孤立原子 把电子散射到α以外的散射截面，用σ0来表示，等于原子核弹性散射 截面σn和所有核外电子非单性散射截面Z σe之和，即 σ0 = σn + Z σe 。原 子序数越大，产生弹性散射的比例（ σn /Zσe =Z ）就越大。弹性散射 是透射电子显微成像的基础；而非弹性散射引起的色差将使背景强度 增高，图像衬度降低。
5.3衍衬动力学理论(波动光学方程)
5.3.1 电子的散射及其交互作用
2021/6/12
5.3.2完整晶体衍衬动力学方程
第五章 电子衍射衬度成像
5.3.3 完整晶体的动力学方程的解 5.3.4 厚度消光和弯曲消光 5.3.5 反常吸收效应 5.3.6 缺陷晶体衍衬动力学方程及其应用 5.3.7缺陷晶体衍衬像的计算机模拟及其应用
I IBIA1IA
IB
IB
IB
(5.11)
2021/6/12
5.1.1 质厚衬度成像原理
因为 IAI0eQAtA
所以
IBI0eQBtB
I 1e(QAtAQBtB) IB
(5.12)
这说明不同区域的Qt值差别越大，复型的图像衬度越高。倘若复
型是同种材料制成的，如图5.2(a)所示，则QA = QB = Q，那么上式可简
2021/6/12
5.1.2 衍射衬度成像的原理
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。
大学物理光栅衍射
大学物理光栅衍射光栅衍射是大学物理中的一项重要内容，它涉及到光的波动性和干涉原理。
本文将从光栅衍射的原理、实验装置、实验方法和结论等方面进行介绍。
一、光栅衍射原理光栅是一种具有周期性结构的衍射器件，它由许多平行且等距的狭缝构成。
当光通过光栅时，会产生一系列明暗相间的衍射条纹，这种现象被称为光栅衍射。
光栅衍射的原理是基于光的波动性和干涉原理。
根据波动理论，光在通过光栅时会产生衍射现象，即光波偏离了直线传播路径。
同时，由于光波的干涉作用，不同狭缝产生的光波相互叠加，形成了明暗相间的衍射条纹。
二、实验装置实验装置主要包括光源、光栅、屏幕和测量工具等。
光源通常采用激光器或汞灯等高亮度光源，以便产生足够的光强度。
光栅是一块具有许多狭缝的透明板，狭缝的数目和间距可以根据实验需要进行选择。
屏幕用于接收衍射条纹，测量工具用于测量衍射条纹的间距和亮度。
三、实验方法实验时，首先将光源、光栅和屏幕按照一定距离放置，确保光束能够照射到光栅上并产生衍射条纹。
然后，通过调整光源的角度和位置，观察衍射条纹的变化。
同时，使用测量工具对衍射条纹的间距和亮度进行测量和记录。
为了获得准确的实验结果，需要进行多次测量并取平均值。
四、结论通过实验，我们可以得出以下1、光栅衍射现象是光的波动性和干涉原理的表现。
2、衍射条纹的间距和亮度受到光源角度和位置的影响。
3、通过测量衍射条纹的间距和亮度，可以推断出光源的角度和位置。
4、光栅衍射现象在光学测量和光学通信等领域具有广泛的应用价值。
大学物理光栅衍射是一个非常重要的实验内容，它不仅有助于我们理解光的波动性和干涉原理，还可以应用于实际生产和科学研究领域。
光，这一神奇的物理现象，是我们日常生活中无处不在的存在。
当我们看到五彩斑斓的世界，欣赏着阳光下波光粼粼的湖面，或是夜空中闪烁的星光，这一切都离不开光的衍射。
在大学物理中，光的衍射是理解波动光学和深入探究光本质的关键。
我们需要理解什么是光的衍射。
《衍射光学元件的计算机设计方法》
ｏ ｓ ｃｅ ｖ ｉａ ｃ ｓ ｓ ｍ ｆｒ ｅ ｃ ｐｅ Ｃ］ Ｐ ｏ ｅｓ ｇ ｏ ｂ ｔ ｌａ ｏｄ ｎ ｅ ｙｔ ａ ｅ ｏ ｈ ｌ ｏ ｔ ｉ ｒ【 Ｉ ｒ ｃ ｓｉ ｓ ｆ ／ ｎ
ｔ ｅ Ｓ ｖ ｎｔｅ ｔ ｒ ｐ ａ ｔ ｒ ｒ ｆ ｒ ｈ ｅ ｅ ｅ ｎ ｈ Ｅｕ ｏ ｅ ｎ Ｒｏ ｏ ｃ ａｔＦｏ ｕｍ ，１ ９ ：２ —２ ９１ ０ ４．
ｆｒ ｌｓＪ ． Ｓ ＲＳ Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｔｇ ａ ｏｍｕａ ［］ Ｉ Ｐ ｏ ｒ ａ ｆ Ｐ ｏｏ ｒ ｍｍｅｒ ｎ ｅ ｔ ｔ ａ ｄ Ｒ ｍｏ ｅ ｙ
Ｓ ｎ ｉ ｇ ９ ９， ４：１ ９ ｅ ｓ ｎ ，１ ９ ５ ９ —２１ ４．
ｔｓ ｎ ｆｒ ａ ｎｇ ｔ ｙｎ ｈ ｌ ｏ ｔｒ Ｃ ／ Ｐ ｏ ｅ ｄｎ ｓ ｆ ｔ ｅ ｅ ｔ ｇ ｏ ｉｈｆ ｉｇ ｅｉ ｐｅ ［ ］／ ｒ ｃ ｅ ｉ ｇ ｏ ｈ ｉ ｌ ｃ
ｈ ｔ ：／ ｔｐ ／ｗｗｗ ． ｐ ｓ ｓ ｄ ／ ｄ — ｘ ．ｄｆ ｔ ｏ ｙ ． ｅ ｐ ｆ ｅ ｔｐ ． ｏ
４ 结 束 语
文 中 讨 论 了 光 纤 扫 描 激 光 雷 达 系 统 中 ， 扫 描 范
Ｓ ＣＨＵＬＺ Ｋ Ｒ，Ｓ ＣＨＥ ＲＢＡＲＴＨ Ｓ ，ＦＡＢＲＹ Ｕ．Ｈｅ ｌｓ Ｏｂｓ ｃ ｅ ｌａ ： ｔ ｌ ａ
Ｓ Ｅ， ｓ ｒ Ｒ ｄ ｒ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｓ ＸＩ ＰＩ Ｌａ ｅ ａ ａ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎｄ ｐ ｉａ ｉ ｎ ， ２ ０ ６２ ４： ２１ ０ ０ ６． １ ６ ４ ６． ＢＯＨＭ Ｈ — Ｄ Ｖ，ＥＶＥ Ｃ， Ｓ ＲＳ ＴＥＮＮＥＲ Ｋ — Ｈ．Ｔｅ ｔ ｗｉｈ ｎ ｓ ｓ ｔ ａ
工程光学第5章 光学系统中的光束限制
视场光阑、入窗、出窗三者之间也互为共轭 关系。
12
视场：2、2’（∞物体）； 2y、2y’（有限距离物体）。 视场光阑为矩形时，2y’应为其对角线长度。
13
视场光阑、入窗和出窗的判定方法
判断原则：
将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前（后） 面的光学系统成像到系统的物（像）空间去，并根据各像的 位置及大小求出它们对入（出）瞳中心的张角，其中张角最 小者为入窗（出窗），入窗（出窗）对应的物即为视场光阑。
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渐晕光阑和视场光阑都是限制成像范围的， 但应注意区别二者的不同：
（1）实像面上限制成像范围的光孔才是视场光阑， 其他起拦光作用的是渐晕光阑； （2）有视场光阑时视场光阑限制成像范围，视场有 清晰的边界，没有视场光阑的系统必有渐晕光 阑，它限制成像范围，但没有清晰的边界； （3）渐晕光阑不是光学系统必需，可以人为设置， 系统中可以没有，也可以有多个，一般一个系 统可以有0~2个渐晕光阑 ；渐晕光阑使边缘视场 一部分光被拦，照度下降。
视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的，当孔径光阑位 置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。
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孔径光阑和视场光阑的区别：
孔径光阑和视场光阑是光学系统中起重要作用的 两种光阑，但二者所起作用不同，前者主要限制 成像光束的孔径，即决定像的照度；后者决定视 场，即物体被成像的范围。 孔径光阑是对一定位置的物体而言的，而视场光 阑是对一定位置的孔径光阑而言的，当孔径光阑 位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光 孔所代替。
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§5.2
视场光阑、入窗和出窗
视场光阑——限制系统成像范围的光阑。即 限制物平面或物空间能被系统成像的最大 范围的光阑，它决定了光学系统的视场。
第五章 光学系统初始结构计算.
六、向厚透镜过渡
1、确定透镜的通光口径 （1）物体在无穷远处的通光口径 D D入 2lz tg
（2）物体在有限距离且视场较小时 D 2l1tgu1 D入 2lztgu1
线视场2y已知，则
lz ( D 2 y) l1 l z （3）透镜实际通光口径 D D入
Dp D
（d）保证光焦度不变，对透镜半径进行修正
n 1 ri ri n 1
（2）更换玻璃校正色差 （a）计算更换玻璃后色差系统的改变量 CI
uk 2lFC CI nk
是需要校正的初级位置色差改变量 lFC
（b）计算色散的改变量 n
n （c）计算需要更换玻璃的色散
（1）计算第一近轴光线射高度hi
hi 1 hi dui 1
（2）计算曲率半径ri
hi (ni 1 ni ) ri ni 1ui 1 ni ui
4、确定各光组之间的间距
1 d d0 lH 2 lH
§5.6 从已有资料中选择初始结构 从已有资料中选择初始结构方法和步骤： 1、物镜选型 （1）确定系统的光学特性及其所能承担的最大相对孔 径和视场角 （a）相对孔径D/f、视场角2ω 物镜结构 （b）数值孔径NA. 物镜结构（显微镜系统里） （c）同类结构中，焦距越长，相对孔径和视场角越小 （d）同类结构中，相同焦距，相对孔径越大，场角越 小；相反，视场角越大，相对孔径越小 （2）进行象差分析 （3）在同类结构中选择高级象差小的作为初始结构
二、基本公式 1、和外部参数有关的象差方程式 （1）光焦度分配 （2）校正位置色差 （3）校正倍率色差
h
CI h2 CI
CII hhz CII