《光学设计》上机实验指导书(6)

2019-08-03 14:29

这是所要求的解决方法,剩余的像差比1/20的波长还要小,现在可以打视场角,调整设计。从主菜单,选SYSTEM,FIELDS,并将视场角的个数设置为3,输入0.0,0.3,0.5度。

现在更新查看OPD图,将会在全视场看到大约1/2波长的慧差,应为改变了视场,因此必须重新创建评价函数。在评价函数编辑时,“Tools”,“Default Merit Function”,然后改变“Rings”选项为“4”,单击OK。

现在选“Tools”,“Optimization”,选“Automatic”,当已聚焦后,单击EXIT,再次更新OPD图,如图E4-6所示,已是一个很好地平衡了像差的设计。

E4-6

假设将要用这个望远镜来拍摄。可能会对调制传递函数MTF感兴趣,它指明了像的对比是空间频率的函数。要看MTF图,可以从主菜单中选择Analysis,Diffaction,Modulation Transfer Function。MTF图如图E4-7所示。

MTF图是一种非常有用的分析工具。图中显示所有已给定视场的切向和径向的响应。但是途中显示有些错误,所显示的数据是一个圆形光瞳的自相关。真正的问题所在是还没有说明系统中的这几个通光孔径和遮挡,并且,在主反射面上还有一个缺口。如果加入这些影响,性能会降低,特别是在中间的空降频率方面。

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E4-7

要改正这个分析时的缺点,返回到LDE,双击第三面的第一列,从口径类型列中选圆形“Circular Aperture”,到MIN Radius中输入1.7英寸,这就是主反射面的缺口“Hole”。将“Max Radius”改为6。

辅助镜面上的遮挡较为复杂,在光学上它需要被放置在辅助镜面前面。由于ZEMAX是按顺序追迹光线的,必须将它放置在主反射面前。

当仍然在第三面时,按下INSERT键,在较正面和主反射面之间插入一个新的面,将新面的厚度改为20.往上移一行,将第二面的厚度改为40.对于主反射面来说,校正器与它的距离现在就是60,已经简单地加入了一个中介面。在第3面的第1列上双击,将孔径类型设为“Circular Obscuration”,并将“最大半径(Max Radius)”设为2.5,然后单击OK。再将第3面的半口径定位2.5.更新图形。如果正确地进行了这些步骤,将会看到如图E4-8所示的图形。在遮挡器和辅助镜面之间的小缝隙纯粹是很小的一点。这种方式更容易被看到。

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E4-8

MTF现在已被主要是辅助镜面产生的遮挡所改变。更新MTF窗口,看新的MTF E4-9。

E4-9

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实验五 多重结构配置的激光束扩大器 (A Multi-configuration laser beam wxpander)

一、实验目的:

(1)熟悉光学设计软件Zemax操作界面; (2)将知道使用多重结构配置的性能。

二、实验环境:

(1)、硬件环境:普通PC机 (2)、软件环境:ZEMAX软件平台

三、实验内容:

假设需要设计一个激光光束扩展器,使用的波长为λ=1.053μ,输入光束直径为100mm,输出光束直径为20mm,且输入光束和输出光束平行。如果全场没有限制,设个设计是比较容易的,但是为了使之变得复杂一点,将加上几条限制条件:

1) 只使用两片镜片。

2)设计必须是伽利略式的(没有内部焦点)。 3)在镜片之间的间隔必须不超过250mm。 4)只允许使用1排尿非球面。 5)系统必须在λ=0.6328μ时测试。

四、实验步骤:

设计任务涉及到的不仅仅是改善像差,还需要两个不同的波长。但是,系统不是同时在两个波长处使用的。因此,可以在测试时移动共轭面。设计前先运行ZEMAX,插入几个面,并给它们设好变量,镜片数据编辑器看上去如下表所示。注意“Glass”列右边的好几列才是“Focal Lenth”列。表头“Focal Lenth”只在将表面类型从“Standard”改变为“Paraxial”后才会显示。不是所有的列都会清楚地显示出来。

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注意近轴镜片的使用是为了有平行光能到焦点。将厚度和焦距都设为25.00,并把入瞳直径设为100,波长(一个)设为1.053微米,不要输入任何其他的波长。

镜片厚度是任意设定的,但要符合我们的目标。250mm是由第3条要求得来的。现在选“Editors”,“Merit Function”,评价函数应该是空的,只显示一个“BLNK”(即Blank,意思是未被使用)操作数。在第一行,将操作数类型改为“REAY”,这个真实的Y约束将会被用来控制所要求的5:1的光束压缩比。为“Srf#”输入5(这是所要控制光高的面),为“Py”输入1.00,在再输入一个目标值10,这会给我们一个20mm直径的平行输出光束。在“Weight”中输入一个1.0值,再选“tools”,“Update”。将会看到在Value列出现一个50的值。这只是入瞳的半径,因为在这一点上只有平行平板。现在从Editor菜单条中选Tools,Default Merit Function。再选Reset,然后将Start At域的值改为2,再单击OK。这会使操作数从电子表格的第2行开始添加,以便保护已输入的REAY操作数不被遗失。

现在从主菜单条选Tools,Optimization,然后单击Automatic。当优化完成后,单击Exit,载从主菜单选Analysis,Fans,Optical Path,将会看到如图E5-1所示的OPD图。大约有7个波长的波差,性能较差。

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