1、ZEMAX軟件培訓教程steven:steven:國內外光學設計軟件情況國內情況： 北京理工大學(SOD)，南京理工大學等自編光學設計軟件。國外情況： Optical Research Associates: Code V Lambda: OSLO等。ZEMAX已經成為當今使用最普遍的光學設計軟件 市場占有率：8085% 全球已經銷售了兩萬多套 臺灣已經銷售600多套 大陸已經有300多套，知道和需要購買者越來越多市場應用 應用范圍：傳統相機、數碼相機、內窺鏡等光學鏡頭的設計DVD、VCD讀寫頭投影系統，背投電視照明系統干涉儀LEDLaser diode光通信器件設計等等Zemax使用群NAS

2、A美國太空總署,Sandia 國家實驗室, U.S.Army軍隊, HP, Motorola臺灣:電子所,中科院,大學以及掃描儀,相機,望遠鏡,投影機等制造商.大陸：光學、光電研究所，大學，光學公司，光學加工廠，從事光學鏡頭、條形碼、投影儀、背投影電視、光通信器件、VCD及DVD讀寫頭等的設計的公司。ZEMAX概述大部分圖形窗口都提供文本信息。steven:鏡頭數據（Lens Data）：曲率半徑、厚度、材質和其他參數。各量符號規定：Thickness：從左到右距離為正，否則為負。+ +Pick Up練習Double-pass system目的：學習和體會Pick up solve的功能。題目

3、：光線通過一個透鏡，遇到一個反射鏡以后，反射回來，再次通過這個透鏡。具體要求為：物距100mm，光欄在反射鏡上；透鏡厚度10mm，玻璃為BK7，NA0.1，二個面的曲率半徑分別為100mm,-100mm，都是變量；透鏡到反射鏡的距離為100mm；物高為10mm，一個視場點；光源波長為0.55m對spot radius進行優化；用pick up solve保持radii的一致。Step 1：Lens data New打開Lens data editor在OBJ和IMA之間插入5個面。輸入radius, thickness, glass參數。注意Thickness符號的變化。Semi-Diamet

4、er的數據都為0。Step 2:Stop設置在surface 3的standard面形處點右鍵或左鍵，彈出surface property對話框；將Make surface stop復選框選中，將光欄放在反射鏡上。Step 3:General 設置SystemGeneral(或Gen工具欄按鈕)，彈出General設置對話框；General 設置選擇Aperture項，將Aperture type設置為object space NA, Aperture value為0.1，并確定。這時，Lens data中的Semi-Diameter中會自動給出合適的數據，但OBJ一欄的Semi-Diamet

5、er仍然為0。Step 4:Field point設置SystemFields（或Fie工具欄按鈕),彈出Field data窗口。選擇Object Height為視場，在Y-Field中輸入10。Step 5:Wavelength設置System Wavelength （或Wav工具欄按鈕),彈出Wavelength data窗口。選擇OK，將光源波長設置為0.55m。Step 6: Layout通過AnalysisLayout(或Lay,L3d工具欄按鈕)查看系統的外觀圖形。2D Layout 和Shaded ModelStep 7:設置變量和Pick Up在優化過程中，需要將radius

6、和thickness設置為變量。為了使surface 4,5與surface2,1的參數一起變化，需要對surface 4,5用Pick Up solve。Step 8:Merit Function設置EditorsMerit function,彈出Merit function editor對話框，從ToolsDefault Merit function中調出Default Merit functionDefault Merit function設置將優化數設置為spot radius，玻璃的最大厚度為20mmStep 9:OptimizationToolsOptimization(或工具欄中

7、的Opt按鈕)，調出優化運行對話框，選擇automatic的方式進行優化。在執行優化運算的過程中，MF的值在減小，直到其減小的比例小于設定值。優化后的Lens data在優化過程中，設置為變量的參數會改變。通過使用Pick Up solve，確保使surface 4,5的radius和thickness隨surface 1,2一起變。優化后的Layout通過優化，將像成在像面上，并且得到最小的spot size。在Edit中可以對config和operand的數目進行增減。要改變operand的類型，在type欄上雙擊，就會在Multi-config operands對話框中改變操作數的類型。

8、用cut glass把myglass玻璃庫里面的玻璃刪除，但必須保留一個；Defining the initial beamAnalysis Physical Optics Physical Optics Propagation ：Sampling and WidthX-和Y-Sampling：定義表示光束的采樣點數；數據越大，越精確，X-和Y-Width：單位為lens units。寬度越大，在光束部分的周圍非零光強的空間越大，稱為guard band,。光束有像差時，這個空間允許光束擴展。如果光束部分與陣列的邊緣太近，則會出現偽光譜(alias)并反射到光束中去，降低計算的精度。一般用au

9、to比較好。Beam Profile 初始光束由以下幾種類型定義：Gaussian WaistGaussian AngleGaussian Size+AngleTop HatUser defined table in a fileUser defined DLL program光束可以定義在任何視場內，方向沿著主光線，從starting surface傳播到 ending surface。Gaussian WaistGaussian Angle和Gaussian Waist光束類似，不同的是Gaussian Angle beam是由遠場發散角的半角定義。ZEMAX用發散角計算光腰。如果X，Y方

10、向發散角不同，則產生橢園形光束。Gaussian Size+AngleGaussian Size+Angle beam由開始面上的beam size (not waist) 和遠場發散半角定義(空氣中)。 ZEMAX用這2個數據計算束腰，位置和位相。束腰：相對光腰的Z位置為：Zr是Rayleigh范圍。Top Hattop hat beam的定義為：E0是peak irradiance。X，Y陣列的寬度至少是光腰的6-10倍。Surface specific settings 在surface property中，對每一個面都可以進行與POP相關的設置：例子：Spatial filter用空間

11、濾波器對有像差的光束濾波：(1)一個Spatial filter將光束聚焦到針孔上，然后由另一個透鏡恢復到整個尺寸；(2)在焦平面上，產生入射光強分布的付氏變換；(3)小的針孔只允許基模通過；(4)輸出是Gaussian光強，旁邊有一些低光強的環。這個例子不能用光線追跡實現。Start Point從lens catalog中選擇Linos Photonics中的033481號鏡頭。點Load將鏡頭數據調入ZEMAX。這是一個二片的鏡頭。Start Point它的工作波長為He-Ne激光，EPD=4mm，校正像差。Recollimate將另一個對稱鏡頭放在系統中，讓出射光線重新變為準直光。方法如

12、下：(1)在IMA面前面插入一個dummy面，厚度為pickup(from surface 4),(2)在surface 6插入另一個033481號鏡頭，(3)higlight第二個鏡頭的所有面，(4)ToolReverse Elements使第二個鏡頭顛倒過來。2D Layout到像面的距離設為5mmLens Data EditorLens Data Editor需要在中間的焦平面上放一個針孔。方法是：在焦平面上放一個dummy面，將其口徑設置為1mm，以便能在layout中看到它。Pinhole將surface 6設置為針孔，大小為0.006mmLayout這時的2D圖為：Gaussian

13、 Beam假定Gaussian Beam為：束腰=1.15mm，surf 1 到束腰距離為 -2797mm。中間的焦平面是在近軸焦點上。(1)束腰和光束大小不一樣；(2)厚度為17.131；(3)重新對GBPS優化，使surface 6上的Gaussian waist最小；(4)變量是surface 4的thickness (5)中間平面surface4的thickness變為17.152；(6)Gaussian光束的寬度近似為3.2 micron。Gaussian Beam AnalysisRe-optimize重新對GBPS優化，使針孔surface 6上的Gaussian waist最小；優化后，surf 6上束腰近似為3.2微米。 surface4的thickness變為17.152。Physical Optics Setting定義實際的Gaussian波前。Be