物理光学与应用光学上机实验(三).pdf

1 物理光学与应用光学上机实验 物理光学与应用光学上机实验 三三 实验实验目的 目的 通过上机实验操作 熟悉多重组态设计的思路和使用方法 达到 利用多重组态方式进行扫描系统和多重光路系统设计的基本能力 实验实验要求 要求 根据下面实验指导 完成以下两个光学系统的设计 系统一 光学扫描系统一 光学扫描镜镜系统系统设计设计 设计指标要求 1 设计一个光学扫描系统 反射镜的扫描幅度为 5 2 经过扫描后的平行光束被一材料为 N BK7 厚度 5mm 焦距为 100mm 的透镜聚焦成像 3 系统的 EPD 入瞳直径 为 20mm 波长为 0 55um 系统系统二二 Beam Splitter 设计设计 设计指标要求 建立一个材料为 N BK7 长宽高各为 20mm的 Beamsplitter 其系统的入光瞳径为 30mm 系统波长为 0 55um 如图所示 50mm 50mm 10mm 20mm 20mm 2 实验指导实验指导 一 一 多重多重组态设计简介组态设计简介 Zemax提供了一个非常普通的功能 用来定义 分析和优化在多重组态中使 用的光学系统 一个多重组态的设计通常会参照一个多于一种模式或结构进行分 析的光学系统 对于多重组态结构的分析 最普遍的应用之一就是变焦镜头 Zoom lens 其可允许光学组件的位置以焦距或放大率为函数做改变 其它常 用的系统 包括消温差设计 Athermalized designs 多重光路系统 multi path systems 和扫描系统 Scanning systems 多重组态系统的设定与单组态系统设定非常类似 多重组态编辑器是用来表 示那些在不同组态间变化的设计参数 对于这种设计 通常将需要三种组态 第 一个组态用于建构整个系统 以至于能在片门 Film gate 上决定均匀度 第二 个组态用来优化相匹配的准直镜和聚光镜的光学组件 第三个组态将用来决定 焦距和透镜数组的间隔 下面 将通过扫描系统和分光器设计来学习定义多重结构的设计操作过程 并期望通过这两个典型实例 使同学们能够掌握利用多重组态进行光学设计的目 的 二 二 实验操作指导实验操作指导 1 光学扫描系统设计步骤光学扫描系统设计步骤 Step 1 在序列追迹模式下新建一个 Zemax文件 根据要求 设置系统的 EPD 入瞳直径 和波长 Step 2 在新建的 Lens Data Editor 中插入三个光学面 并设置初步的光学参 数 3 Step 3 利用操作实验 二 中透镜的优化方法 对系统中的透镜进行初步 优化 Step 4 面 2 添加折叠反射镜面 且使面 2 旋转 45 度 4 Step 5 使面 3 绕 X 轴旋转 5 度 并注意观察 3D 图的变化 5 Step 6 点击 Multi Configuration 或利用 F7 快捷键 打开多重组态的编辑 界面 并添加两个 Config Step 7 设置 Multi Configuration的操作类型为 PRAM 并设置相应的参数 6 Step 8 输出包含有所有组态的 3D 图 Step 9 对系统进行重新优化 再次输出包含有所有组态的 3D 图及各独立 组态的图像 各个组态间可通过快捷键 Ctrl A 进行依次切换 Config 1 Config 2 Config 3 7 Step 10 把光学面4 7 8及IMA面的Semi Diameter解依次设置为 Maximum 再次输出各独立组态的 3D 图 并和 Step9 的进行对比 Step 11 把 Multi Configuration 改为包含有 5 个 Config 的光学系统 并再次 输出包含所有组态的 3D 图 思考多重组态光学系统设计的本质意义 Config 1 Config 2 Config 3 8 2 Beam Splitter 设计步骤 设计步骤 Step 1 输入系统参数 EPD 为 40mm Field 为 0 0 波长为 0 55um Step 2 分析系统所需光学面 并根据分析插入合适数量的光学面并修改它 们的坐标参数 Step 3 利用 Tilt Decenter Elements 工具把面 3 绕 X 轴旋转 45 度 9 Step 4 把光学面 2 4 6 的 Aperture 属性改为矩形 其半宽度 X Y 分 别为 10 10 10 10 2 10 10 思考为什么 Step 5 把 3D Layout 图中边缘渐晕光线去掉 10 Step 6 把光学面 2 6 的表面镀膜属性改为 AR 四分之一波长厚的氟化镁 防反射涂层 把光学面 4 的表面镀膜属性改为 I 50 理想的半透半反膜层 Step 7 打开 polarization ray trace Analysis Polarization Polarization Ray Trace 指定下列设置 总的光线透射强度将在窗口下部出现 Step 8 打开 Multi Configuration Editor Editors Multi Configuration 并插 入一个 Config Step 9 在 Multi Configuration Editor 中插入一个 PRAM 操作并设定坐标变 换面 5 3 号面的 关于 X 轴的偏转参数 11 Step 10 设定 Config2 的操作属性 Step 11 在 Mult Configuration Editor 中插入一个 GLSS 操作 通过 Multi Config 操作把面 4 的表面属性由 N BK7 configuration