杭州电子科技大学本科毕业论文
光学作为一门古典物理学科，在很早期时就有科学家致力去研究，但是由于科技的滞后，测量仪器的落后，发展受到了一定程度的限制。随着计算机科学技术的发展，应用光学得到了前所未有的进步。目前，在光学产业领域，传统的应用光学已形成一个巨大的产业群，望远镜、显微镜、照相机等光学产品的早已进入人们的生活工作中。随着数字影像的出现，在技术上不断的再突破，近年来，更是结合电子领域的发展，出现了光电产品，如数位相机、扫描仪、摄影机、液晶投影机、光缆??这些日常生活中对我们来说都是息息相关的物品，可以说是缺一不可的东西，所以光学产业是非常具有前瞻性的产业，值得去研发、投资的产业。
同时，随着应用光学的发展，新领域、新要求不断出现，对光学设计提出了新的更高的要求。为此，国内外涌现出各种功能强大的光学设计软件，为高质、高效的设计提供可能。发展至今，光学设计软件的用户界面已日趋完善，使用软件对用户的要求也越来越低。其中Zemax软件以其强大完善的功能，灵活方便的操作最为广泛使用。正确高效地使用光学设计软件大大加速了设计进程和提高了设计质量。
杨晓飞、张晓辉、韩昌元[1]利用Zemax实现了对大口径、长焦距、无中心遮拦离轴三反射镜光学系统的调试。通过Zemax软件的模拟得到了系统的波前像差，再以计算机辅助装调软件的计算分析证明其正确性。最后得到了在λ=632.8nm时，得到离轴三反射镜光学系统的全视场波像差为0.108λ。
唐勇、李玉瑶[2]根据Zemax中的近轴表面可以模拟理想薄透镜进行光学系统的外形尺寸的计算。通过十倍变焦距光学系统和激光光束整形系统的外尺寸计算，得到与设计结果相一致，证明了其可行性和正确性。而外形尺寸的计算作为光学系统设计的首要因素，正确的计算为整个系统的设计奠定了基础。
曹红曲、金宁[3]在二组元变焦系统凸轮曲线的设计中，用Zemax 软件编写了其设计程序。借助于Zemax软件的宏语言功能准确的计算出凸轮曲线的数据，可以大大提高设计效率，对变焦系统的前后期设计起到了积极的作用。
手机拍照的功能被广泛应用后，其像素也得到也极大的关注。尤其以500万像素的手机照相需求量增长最快。宋东璠、任兆玉、白晋涛[4]在Zemax辅助下对像差经行校准，能够逐步消除基本像差和高级像差，使各个视场相对照度达到了0.65以上，达到了优化的效果。
李维善、张禹和刘宵婵[5]借助Zemax设计出短焦数字投影镜头，其焦距为12.6914mm，相对孔径为1/2.0981，视场角达到80°。该镜头结构由10片透镜组成，结构简单、生产成本低，十分适合市场的需求。
袁纵横、胡放荣[6]利用Zemax软件设计的半导体激光无源光纤耦合系统通过
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人工优化克服有源藕合装置繁多、调整难度大以及耗时长的缺点，同时简化了耦合装置和耦合过程，提高了耦合效率。这使得较易实现大规模的自动化生产。
赵延仲、宋丰华、黎伟[7]等人建立共轴的简化“猫眼效应”反射模型，并结合Zemax软件的物理光学传播分析功能，分析出目标镜头的各个参数对“猫眼效应”激光反射特性的影响，并通过仿真分析得出其完全可以为激光主动探测所用。
对于光学设备而言，偏心和倾斜光学系统被广泛的应用。杨新军、傅汝廉、母国光[8]等人根据矢量像差理论，再通过Zemax的像差分析功能中的垂直像差曲线、场曲曲线和点列图比较，证明了矢量像差理论对具有较大倾斜元件的非共轴光学系统设计有指导意义。
在教学辅助上，Zemax软件同样有着重要的用途的。戴斌飞、武文远、任建锋[9]利用Zemax软件设计了迈克耳孙干涉仪实验光路。通过对实验光路的仿真，可以轻易的达到对实验现象的模拟以及各个参数对实验结果的影响。
对于高功率激光装置来说，应极力避免鬼像对光学元件的破环。曹华保、卢兴强、范滇元[10]用自编辅助程序处理Zemax执行结果，能够快速得得到鬼像分布图，对高功率激光装置的设计有着重要帮助。
陈得请、郭瑞雄、苏世荣[11]等人利用Zemax软件设计了携带式红外线目标产生器准直镜组。红外线目标产生器经行多次折光的准直系统，不但复杂，而且准直系统不一定能够形成真实的像。由Zemax经行设计和分析，并且辅助于Auto-CAD机械设计软件经行验证，得到准直镜组设计结果是正确的。
张驰、方君、丛杉珊[12]利用Zemax软件中的多重结构设计功能，克服了变倍周视瞄准镜设计的多路共同部分镜头的像差校正难的困难，有效地控制像差优化，使设计达到非常理想的效果。
王高、周韩昌、张记龙[13]提出基于发射光栅和线阵CMOS的对远场短脉冲波长的测量方法，并给出了激光功率、灵敏度、信噪比和分辨率分析的理论公式。在Zemax软件下仿真运行证明了其准确性，为元件选型提供了技术保障。
Florian Bauer, James Corbeil, Matthias Schmand, Debora Henesle[14]利用Zemax 软件仿真模拟了光输出为一系列几何结构，测量了光在硅酸镥晶体的传播以及光线追踪模拟。通过Zemax软件，他们得出了蚀刻过的硅酸镥晶体的光学参数以及VM2000反射膜，并越来越多的被用于建筑物探测器。
N. Y. Joshi, HKB Pandya, P. K. Atrey, Gaussian Optics Lens Antenna[15]设计了在托卡马克装置中高斯光学镜片天线系统，装配并测试了等离子体诊断程序，并以Zemax 光学软件模拟了性能设计和制造天线系统。
随着光学工程的发展，光学系统设计日益凸显其重要性。在LED照明灯的具体设计，光声成像仪器的设计，光缆的设计等等方面都越来越依靠于光学设计的发展。而Zemax设计软件以其强大完善的功能也越来越多地应用于光学设计中，
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为光学产业的发展提供了强有力的促进作用。
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2 Zemax软件介绍
Zemax是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。Zemax不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是Zemax的CAD转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。而且Zemax可仿真序列和非序列的成像系统和非成像系统。
Zemax 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。 ZEMAX 的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。手册中对使用Zemax 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。
Zemax目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。
Zemax有三种不同的版本：ZEMAX-SE（标准版）；ZEMAX-XE（扩展版）；ZEMAX-EE（工程版）。
软件特色：
1结合所有光学上的需求，用一简单的操作接口来执行； 2可使用序列与非序列模式运算；
3表栏式表面输入及完整的表面数据库，使编辑更加快速； 4 Solve 指令功能，帮助使用者设计； 5完整的镜头及材质数据库； 6多功能的分析图形；
7多种优化方式供使用者设计；
8对话窗式公差设定，方便使用者分析公差。
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3 应用Zemax进行单一光学元件设计
本章主要通过应用Zemax进行单一光学元件设计，来演示Zemax软件的基本操作，熟悉各功能的使用。
3.1参数的计算及光路的仿真
Zeamx软件还有强大对光学系统参数计算的功能，而且操作简单。以一个简单的望远物镜为例，叙述其基点位置和焦距的计算方法。物镜由两块透镜胶合而成，结构参数如下：
表3-1 双胶合透镜结果参数 r1=62.5 r2=-43.65 r3=-124.35 d1=4 d2=2.5 n=1 S_NSL3M (n=1.5165) ZF2(n=1.6727) n=1 首先，运行Zemax，主屏幕会显示镜片数据编辑对话框（LDE）。LDE是一个类似于电子表格的窗口，由多行和多列组成。在各个列项中，半径、厚度、玻璃和半口径等列是最常使用的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。
开始，输入系统的波长。在主屏幕菜单条上，选择“System”菜单下的“Wavelengths”，会显示一个“Wavelength Data”对话框，再选择[F.d.c(Visble)]，选择OK即可。主波长主要用来计算近轴的参数，如焦距、放大率等等。
“Weight” 这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在设置所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。
现在需要为镜片定义一个孔径。设置这个孔径值，选择“System”中的“General”选项，此时出现“General Data”对话框，单击“Aper Value”一格，输入一个值：25。注意孔径类型缺省时为“Entrance Pupil Diameter”，当然也可选择其他类型的孔径设置。除此之外，还要加入一些重要的表面数据。Zemax模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径、厚度（到下一个面的轴上距离）和玻璃类型。在LDE中显示的有三个面，分别是：物平面，在左边以OBJ表示；光阑面，以STO表示；还有像平面，以IMA表示。对于单透镜来说，我们共需要四个面：物平面，前镜面（同时也是光阑面），后镜面，和像平面。所以要插入一个面，只需移动光标到像平面的“Infinity”之上，按INSERT键。这会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。新插入的面被标为第2面。注意物体所在面为第0面，然后才是第1（标上STO是因为它是光阑面），第2和第3面（标作IMA）。
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