ZEMAX光学设计：一个自适应光学抛物面望远镜的设计

ZEMAX光学设计：一个自适应光学抛物面望远镜的设计

引言：

自适应光学（Adaptive optics, AO）是使用可变形镜面矫正因大气抖动造成光波波前发生畸变，从而改进光学系统性能的技术。配备自适应光学系统的望远镜能够克服大气抖动对成像带来的影响，将空间分辨率显著提高大约一个数量级，达到或接近其理论上的衍射极限。ZEMAX 可以在序列/混合模式或非序列模式下对自适应光学望远镜进行建模。本文在序列模式下对自适应光学抛物面望远镜进行建模。

设计仿真：（1）设置系统参数：在系统通用对话框中设置孔径。在孔径类型中选择“Float By Stop Size”；

在视场设定对话框中设置1个视场，Field Type为“angle”，如下图：

在波长设定对话框中，选择0.550um一个波长，如下图：打开光线瞄准（Ray Aiming）

（2）使用UDA建立一个六边形通光孔径打开一个 ASCII文本编辑器（如记事本），使用“POL”字符定义一个六边形，语法如下：POL x_center y_center radius(vertex tocorner) number_of_side rotation_about_its_center

具体的本例的设置如下：将自定义通光孔径保存在“Zemax\Objects\Apertures”路径下，扩展名为“.uda”。（3）结构建模在LDE中输入初始结构参数，如下图：

将第6面的表面类型设置为“Irregular（不规则）”，并将其半直径（Semi-Diameter）设置为 150mm。将第2面材料（Material）设置为“Model”，折射率为2.00，阿贝数为0，这可以使我们对纯相位进行建模。将第5面的厚度（Thickness）设置为“Position”，设置如下图，这使第3面和第5面之间的距离始终保持为2100mm。这也将确保当我们在不同的（x,y）处添加多个反射镜时，它们可以自动处于正确的z位置。

然后，设置第6面的通光孔径，如下图所示：

另外，在“Draw”属性窗口中为反射镜设置50mm的基板厚度。它只是影响反射镜在布局图中的绘制效果，没有其他影响。

查看此时的3D Layout：

现在设置坐标断点（Coordinate Break）。

我们可以通过坐标断点来设置第4面的偏心（Decenter），也通过坐标断点将第8面的偏心设置为“Pick up”来自动恢复。同理，可以通过坐标断点来设置第4面的倾斜（tilt），也通过坐标断点将第7面的倾斜设置为“Pick up”来自动恢复。同时，还需要将第6面不规则面的偏心设置为第4面的“Pick up”解，大小相等，符号相反，用于校正抛物线离轴部分的偏心。第6面、第7面和第8面的“Pick

up”设置如下：

我们需要仿真一个由19个反射镜组成的自适应望远镜系统，可以用多重组态来实现。19个反射镜的布局如下图：

现在开始配置多重组态。打开MCE，设置如下操作数。

第1-2行至第4-5行分别用来控制第4面的偏心和倾斜；第7行用来控制第3面的厚度，使离轴量位于正确的z处。组态1的偏心和倾斜

都为0，它位于光学系统的中心位置。增加第2个组态来定义第2个反射镜，它的中心在y方向上偏心270mm（x=0，y=270），设置如下：

上图中，组态2的THIC，可以在MFE中用SSAG操作数来算出此时第6面的矢高，从而计算出第2面反射镜中心正确的距离z。

在LDE中，第5行和第4行坐标断点位于同一个位置。由于第1行和第5行均为虚拟面，我们可以考虑在Layout中不显示这两个面，设置如下：

查看此时的3D Layout，如下图：

按照相同的步骤设置第3-7个反射镜，如下图：

其中，270mm×cos30°=233.82mm，270mm×sin30°=135mm。此时的3D Layout：

3D Layout设置如下：

现在，再以相同的方法设置最外层的11个反射镜，增加第8-19个组态，设置如下：

其中，270×1.5=405mm，2×270×cos30°=467.645mm，270×cos30°=233.82mm。在MFE中用SSAG操作数来算出各个面的矢高，从而计算出各个面反射镜中心正确的距离z。查看此时的3D Layout：

查看下第6面的Layout：

以上就完成了自适应光学抛物面望远镜的建模。