ZEMAX中文说明3(8)

2019-01-26 16:06

Glass Rename 用来指定显示目录中的哪种玻璃的数据 当玻璃需要被给出一个不同的名称时,当前选择的玻璃的名称将在这个区域中被修改 每种玻璃的色散由一个公式来说明。这个控制器允许使用公式选择。如果这个设置被改变了,则色散数据变成无效,除非也输入对应的色散系数。参见“玻璃色散公式”一节 d 光或者波长为0.587 微米时的折射率。当计算折射率时,ZEMAX 将不Formula Index Nd 用这个数值。它仅作为参考。这个输入对于那些在0.587 微米波长附近区域不能很好传播光线的材料可能是没有意义的 在d 光处的阿贝常数值。当计算折射率时,ZEMAX 将不用这个数值。它仅作为参考 如果选中,则在全局优化,从模拟玻璃到实际玻璃的转换过程中将不选择这种玻璃,或者不被优化操作数RGLA 认可。 这个开关通过承认在镜头数据编辑界面中的,而不是在玻璃目录中的直接的热膨胀系数来承认非固体材料的精确的热模型,如气体和液体。但仅承认它的边缘效果;曲率半径和其它热拾取求解都将使用相邻材料的TCE,而不是用气体或者液体的TCE 对话框中间列的开头八行显示了色散系数数据。这些系数的名称根据玻璃公式的变化而变化 TCE 值是在从-30 到+70 摄氏度的温度范围内的膨胀系数。这是一个无单位量的系数。这个显示或者输入的值需要乘以1e-6 来产生真实值 以摄氏度表示的参考温度,折射率数据是根据这个温度定义的。假设这个温度是除了20 度以外的任意值,如果在高级对话框中选择了“Use T,P”,则仅仅说明说明正确温度与参考温度之间的温度变化影响 Abbe Vd Exclude Substitution Ignore Thermal Expansion K1,L1?,A0,A1?,A,B,C,等等 TCE Temp D0,D1,D2,E0,E1,Ltk 这些是热分析使用的热系数。详细内容可参见 “热分析”一章 P dPgF Min Wave,Max Wave P 是以克每立方厘米表示的材料密度 这个值是部分相对色散相对于正常线的偏离值 以微米表示的最小波长和最大波长,在这个范围内,色散公式将得到有效的折射率数据 这个数值是打算用来指出玻璃相对于BK7 的近似相对价格。例如,一个Relative Cost 值为3.5 的数指出了每磅这种玻璃的价格大约为BK7 的3.5 倍。这个数值仅仅打算用作一个大致的参考值。它的准确价格可以根据购买时玻璃的质量,数量,形式,和利用率而变化。更多的信息可与玻璃厂家联系 这是一些玻璃代码,它们指出了玻璃对于不同的环境影响的抵抗力如CR,FR,SR,AR,PR 何。这些代码对应于耐潮(CR)、耐污染(FR)、耐酸(SR)、耐碱(AR)、和耐磷酸盐(PR)。通常,这个数值越小(最好是零),这种玻璃越耐用。关于这些代码的完整说明和用来测量它们的测试条件,可与玻璃厂家联系

新目录的创建 要创建一个新的目录,先要退出ZEMAX,然后将一个目录(例如SCHOTT.AGF)复制到一个新的文件名中。然后你可以再运行ZEMAX,载入这个新目录,删去你不想要的数据,增加你想要的数据。你也可以直接编辑这个.AGF 文件,因为它是一个ASCII 码文件,但是它的格式被压缩了一些。 玻璃的色散公式 目录中的这些系数被用在任意一个ZEMAX 认可的多项式公式中。总共有九个不同的色散公式:色散的Schott 常数,Sellmeier 1,Sellmeier 2,Sellmeier 3,Sellmeier 4,Herzberger,Conrady,和光学手册公式的两种变形。有多个Sellmeier 公式的原因是由于在关于测定折射率数值的著作中的通用等式的形式有多个变形。也有一个色散公式是由六位数的MIL 数值来描述的,但是这些折射率是由在电子表格中输入的MIL 数值直接计算出来的。这个MIL 数值公式不是玻璃目录的一部分,所以它将不会出现。关于这个MIL 数值公式的说明可参见这一章中后面章节。

如果你有以下列等式之一的形式给出的折射率数据,则你可以往当前载入的目录中增加新的玻璃。在所有的等式中λ都是以微米表示的。 Schott 公式 Schott 色散常数公式是:

n?a0?a1??a2?22?2?a3??4?a4??6?a5??8

这些必需的系数在大多数厂家的玻璃目录中都可以得到。不仅Schott 使用这个公式,其它玻璃厂家也广泛使用这个公式。 Sellmeier 1 公式 Sellmeier 1 公式是:

n?1?2K1?22??L1?K2?22??L2?K3?22??L3

三项中的所有系数都可以被输入来描述材料,虽然可能仅仅使用其中的少数项。 Sellmeier 2 公式 Sellmeier 2 公式是:

n?1?A?2B1?222???1?B2???222

这个公式仅使用两项,在第二项地分子中没有波长因素,而且在公式中有一项常数项。

Sellmeier 3 公式 Sellmeier 3 公式类似于Sellmeier 1 公式,它增加一个附加项:

n?1?2K1?22??L1?K2?22??L2?K3?22??L3?K4?22??L4

Sellmeier 4 公式 Sellmeier 4 公式是:

n?1?A?2B?22??C?D?22??E

Herzberger 公式 Herzberger 表达式为:

n?A?BL?CL?D??E??F?L?12246

??0.0282

这个Herzberger 公式主要用在红外光谱中。

这些相对于红外材料的系数经常用试验方法测得,它们的结果有很大的差别;应小心使用来说明精确的折射率数值。ZEMAX 没有一个更广泛的红外目录的原因是由于这些数据的大的不定性。如果你有更好的关于给出的材料或者样本材料的数据,则一定要使用它。通常关于玻璃的某一特殊部分的熔炼号数据在系数项中是可以得到的;这个数据对于一些应用软件也可能是有用的。 Conrady 公式 Conrady 公式为:

n?n0?A??B?3.5

Conrady 公式用来应用于数据稀少的情况。例如,如果你仅有三对折射率-波长数据,应用于六项的Schott 公式将在中间波长产生没有意义的数据。 光学手册1 公式 从光学手册中可得到两个相似的公式。“手册1”公式为:

n?A?2B??C2?D?2

光学手册2 公式 “手册1”公式为:

n?A?2B??C2?D?2

使用色散公式的综合说明 重要的一点是要注意到一些出版物使用了一些相似,但不同于任何一个表达式的等式。重新整理这些表达式,将它们变成你所需要的形式,然后重新计算必需的系数,这通常是可以的。

通过与从手册或者出版物中得到的折射率数据的列表相比较来检验这些系数,这也是一个好主意。也可使用色散图表或列表特性,或者色散数据报告,它们列出了每个表面的折射率数据。如果有差异,可要仔细检查你输入的数据,以及核实是否使用了正确的单位和公式。 折射率数据的配合 也可参见下面“熔炼号数据的配合”的说明通常,你在设计时要用的材料都已经在目录中了。如果没有,你可以输入系数,以供前面介绍过的公式使用。作为选择,ZEMAX 将为你计算Schott、Herzberger、Conrady、或者Sellmeier1 色散公式系数。在玻璃目录对话框显示以后,点击数据修改按钮,将显示“配合折射率数据”对话框。

在屏幕的左边是一个两列的电子表格编辑界面。使用鼠标输入你拥有的波长(以微米表示)和折射率。你输入的数据越多,配合的数据就越精确。如果你有比电子表格需要的还要多的数据,可以使用离你感兴趣的波长区域比较近的数据。如果你使用Conrady 公式,至少需要三个点才能得到一个好的配合数据,对于Schott、Herzberger、或者Sellmeier 1 公式则需要6 个点或者更多。通过从下拉列表中选择公式名称来选择要使用的公式。你可能想依次试着计算每种模式,来判断哪种模式将得到最小的差值。

RMS 误差是给出的数据和使用配合系数结果产生的折射数据之间的RMS 配合误差。最大误差是配合数值与任意一个数据点之间的最大的差值。这两个数值都可以与折射率的大小相比较,当然它们是没有单位量的。因为Sellmeier 1 公式有非线形的系数,所以它的数据配合是反复迭代的,因此这个公式将使用其它公式多得多的计算时间来配合数据。

现在将光标移到“名称”区域,然后为目录输入材料名称。选择“配合”按钮,ZEMAX 将计算最佳的系数。残留的RMS 误差和最大的单点误差将在显示界面的底部列出。为了将这个数据输入到当前载入的目录,可选择“增加到目录”按钮。ZEMAX 将出现一个信息来说明这种玻璃已被保存。

当一种玻璃被加到目录中时,如果有传播数据,则它们必须如下节中介绍的那样被添加进去。否则将在所有的波长上使用内部默认传播数值1.0折射率和波长数据也可以被保存在一个ASCII 码文件中,以供后面使用,以及通过选择适当的按钮来载入这些数据来再次配合。这个ASCII 码文件也可以在ZEMAX外部被编辑,然后被载入来配合数据。 熔炼号数据的配合 也可参见上面“折射率数据的配合”的说明重要的是要了解,由ZEMAX 计算或者在玻璃厂家的目录中列出的折射率值是许多“熔炼号”或者许多炉的玻璃的折射率的平均值。从一个熔炼号出来的某一片特定玻璃将稍微有些偏离目录值或者名义值,这个偏差是非常小的,但是名义值与实际值之间的差值对于一些系统是很重要的。

通常,优质的光学玻璃从厂家运输过来时,将附带着一张数据表,它指出了这批供应的玻璃在少数波长上的折射率,作为对名义目录值的一个补偿,或者作为直接测量的折射率值。一般代表性地提供3~5个波长-折射率数据点。这个数据被成为“熔炼号”数据,因为它是相对于在同一时间熔炼的一炉玻璃的特殊值。从玻璃目录对话框中可以得到的熔炼号数据工具是一个手动的应用程序,它可以在玻璃目录中将提供的有限的熔炼号数据转化成一种可用的新的玻璃类型。

对于熔炼号数据最多允许有8 个波长-折射率点,如果你有超过8个的点,可使用前面节中介绍的“折射率配合”工具;最少允许的点数是3 个,然而,至少应该使用4 个点,最好有5 个点来得到一个好的熔炼号配合数据。由熔炼号折射率数据定义的波长范围应尽可能得宽,至少应该覆盖预期的波长范围,以供通过熔炼号玻璃的光线追迹使用。在所有的情况中,应该在使用配合数据之前仔细检查它的正确度。

熔炼号数据工具提供了下列控制:

玻璃:在玻璃目录中选择的指定玻璃的名称。

熔炼号名称:要创建的新的玻璃的名称。其默认值为这个指定玻璃名称后面加上“_MELT”,这个名称的长度不得超过20 个字符。

公式:用在新的熔炼号玻璃中的色散公式。可以选择Schott,Herzberger,Conrady,或者Sellmeier 1。其默认公式为Schoot 公式,除非这个指定的玻璃使用这些公式中的一个,而在后一种情况下,将使用与指定玻璃用样的公式。

使用:这个选项将“打开”或者“关闭”每个数据行。 波长:被输入的对应于折射率的波长,以微米表示。

名义值:使用指定的玻璃色散公式在定义的波长上的折射率。

实际值:从熔炼号数据中得到实际测量的折射率。注意,如果实际数据被编辑了,则“delta”值将自动调整,来保持这个值不变。

Delta:实际折射率与名义折射率之间的差值。注意,如果delta被编辑了,则“实际”值将自动调整,来保持这个值不变。

配合/插入:选择这个按钮将开始如下介绍的配合过程。 取消:中断熔炼号数据配合过程。

在配合结束以后,这种新的熔炼号玻璃将被加入到这个玻璃目录中,这个目录将被保存,并且将出现一份总结配合过程的报告。 熔炼号数据配合方法的介绍 配合熔炼号数据的问题通常只用少量的数据点,典型值为3~5 个。而大多数配合程序至少需要8 个数据点来产生一个高精度的数值。因此,这个问题是从少量的数据点推断在大量的、足够的数据点上的折射率的差异,来精确配合最后的结果色散。

ZEMAX 使用下列法则来实现这个过程:

首先,实际色散数据的配合是使用Conrady 公式来计算的。使用Conrady 公式是因为当只有三点被定义时,它是稳定的、合理的。

然后,仅使用定义的波长点来计算名义数据的Conrady 配合。产生大量的覆盖指定玻璃


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