Zemx 初学练习手册.docVIP

内容綱目: 前言 習作一：單鏡片(Singlet) 習作二：雙鏡片 習作三：牛頓望遠鏡 習作四：Schmidt-Cassegrain 和aspheric corrector 習作五：multi-configuration laser beam expander 習作六：fold mirrors 和coordinate breaks 習作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces 習作一：單鏡片(Singlet) 你將學到：啟用Zemax，如何鍵入wavelength，lens data ，產生ray fan，OPD，spot diagrams，.. 定義thickness solve 以及variables，執行簡單光學設計最佳化。 設想你要設計一個F/4 單鏡片在光軸上使用，其focal length 為100mm，在可見光譜下，用BK7 鏡片來作。 首先叫出ZEMAX 的lens data editor(LDE) ，什麼是LDE 呢？它是你要的工作場所，譬如你決定要用何種鏡片，幾個鏡片，鏡片的radius，thickness ，大小，位置……等。 然後選取你要的光，在主選單system 下，圈出wavelengths ，依喜好鍵入你要的波長，同時可選用不同的波長等。現在在第一列鍵入0.486，以microns 為單位，此為氫原子的F-line 光譜。在第二、三列鍵入0.587 及0.656，然後在primary wavelength 上點在0.486 的位置，primary wavelength 主要是用來計算光學系統在近軸光學近似(paraxial optics，即first-order optics) 下的幾個主要參數，如focal length，magnification，pupil sizes 等。 再來我們要決定透鏡的孔徑有多大。既然指定要F/4 的透鏡，所謂的F/#是什麼呢？F/#就是光由無限遠入射所形成的effective focal length F 跟paraxial entrance pupil 的直徑的比值。所以現在我們需要的aperture 就是100/4=25(mm)。於是從system menu 上選general data，在aper value 上鍵入25，.. 而aperture type 被default 為Entrance Pupil diameter。也就是說，entrance pupil 的大小就是aperture 的大小。 回到LDE，可以看到3 個不同的surface，依序為OBJ，STO 及IMA。OBJ 就是發光物，即光源，STO 即aperture stop 的意思，STO 不一定就是光照過來所遇到的第一個透鏡，你在設計一組光學系統時，STO 可選在任一透鏡上，通常第一面鏡就是STO，若不是如此，則可在STO 這一欄上按滑鼠，可前後加入你要的鏡片，於是STO 就不是落在第一個透鏡上了。而IMA 就是imagine plane ，即成像平面。回到我們的singlet，我們需要4 個面 (surface)，於是在STO 欄上，選取insert cifter，就在STO 後面再插入一個鏡片，編號為2，通常OBJ 為0，STO 為1，而IMA 為3。 再來如何輸入鏡片的材質為BK7。在STO 列中的glass 欄上，直接打上BK7 即可。又孔徑的大小為25mm，則第一面鏡合理的thickness 為4，也是直接鍵入。再來決定第1 及第2 面鏡的曲率半徑，在此分別選為100 及-100，凡是圓心在鏡面之右邊為正值，反之為負值。而再令第2 面鏡的thickness 為100。 現在你的輸入資料已大致完畢。你怎麼檢驗你的設計是否達到要求呢？選analysis 中的fans，其中的Ray Aberration，將會把transverse 的ray aberration 對pupil coordinate 作圖。其中ray aberration 是以chief ray 為參考點計算的。縱軸為EY 的，即是在Y 方個的aberration，稱作tangential 或者YZ plane。同理X 方向的aberration 稱為XZ plane 或sagittal 。 Zemax 主要的目的，就是幫我們矯正defocus，用solves 就可以解決這些問題。solves 是一些函數，它的輸入變數為curvatures，thickness，glasses，semi-diameters，conics，以及相關的parameters 等。parameters 是用來描述或補足輸入變數solves 的型式。如curv