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技术设计要求
设计一个激光扩束镜使用的波长为1064nm输入光束直径为10mm输出光束的直径为2mm且输入光束和输出光束平行即平行光入射平行光出射。要求只使用两片镜片材料均为BK7设计必须是伽利略式的没有内部焦点在镜片之间的间隔必须不超过50mm只许使用1片非球面。 目录
一、参数分析
二、Zemax参数设置
三、初始结构设计
四、光学系统优化
五、像质分析 一、参数分析
波长λ1064 nm输入光束直径10 mm输出光束直径2 mm镜片材料BK7镜片之间的间隔不超过200 mm非球面镜片数量1
伽利略式扩束镜由两个透镜组成第一个透镜L1是一个会聚透镜第二个透镜L2是一个发散透镜。输入光束通过L1后会聚然后通过L2发散形成平行输出光束。
扩束镜的放大率M由输出光束直径与输入光束直径的比值给出
/2 mm/10 mm0.2该设计为一个相当于0.2倍的扩束镜
只能使用一片非球面透镜我们可以选择L1作为非球面透镜。非球面透镜可以校正球面像差 二、Zemax参数设置
1、设置入瞳直径为10mm由于入射光斑为10mm设置波长为1.064um由于是平行光入射直接视场设置成一个就行不需要额外设置由于是平行光输出可以将无焦像空间勾选 图1 三、初始结构设计
由于这个是一个伽利略式的扩束镜形式所以可以直接设置两个平板进行优化为方便我随意设置了一个初始结构如下图 图2 透镜编辑窗初设参数根据设计要求需要先初步设定第一面和最后一面的曲率半径形成初步结构。由于项目要求两曲面的曲率半径可优化厚度可优化但是系统长度需要控制50mm后续在优化操作数里面进行控制
初始结构的光线如图 图3 四、光学系统优化
1、由于由两片透镜组成那么我们可以将两个透镜的前后曲率半径设置为变量以及透镜的厚度及空气间隔也是可变得优化量但是为了方便还是一步一步进行优化 设置变量 2、打开评价函数进行优化
在开始优化之前我们需要设置评价函数首先打开评价函数优化向导设置成波前优化类型为RMS参考质心并设置空气得边界条件最小0.5mm最大50边缘厚度最小0.1 评价函数优化向导 之后添加我们自己得优化函数限制第一个面和最后一个面得总长度小于50mm并且限制输出得光束大小为2mm 函数说明 TTHI——用于计算第一面到最后面的总长度。 OPLT——控制系统的长度范围不超过某个数值不等式约束。 REAY——控制出射面边缘光束的高度。 3、开始优化
点击执行优化可以看到评价函数从4.403一下就优化到很小了 优化前参数 优化后得到下图 优化后 五、像质分析
光扇图和光程差图 波前图 点列图 总结由于本次的光学条件很轻松简单优化便达到了理想的像质没有什么难度所以就用来复习一下zemax的使用流程在这次优化设计中未用到非球面且厚度变量也未使用到属于非常简单的光学系统了后续继续更新光学系统的设计和优化 -- 本篇文章为个人学习笔记供学习和复习使用。未经允许不得转载或用于商业用途。
