zemax光学设计超级学习手册_穿越十年的一个ZEMAX光学设计案例
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穿越十年的一個(gè)ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)案例
作者：窗臺(tái)小綠蘿
CAD，這個(gè)詞已經(jīng)深入到學(xué)習(xí)、工作很多年，翻譯過(guò)來(lái)就是Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟件能力的提升體現(xiàn)在更智能化。有幸作為號(hào)主的最后一期學(xué)生，看到號(hào)主的征帖，總結(jié)了昨晚七月一日課程中的內(nèi)容，發(fā)散寫(xiě)了這樣一個(gè)帖子。光學(xué)設(shè)計(jì)十年來(lái)，ZEMAX2009到ZEMAX2019版本，雖然看不見(jiàn)軟件內(nèi)容的更改，但是設(shè)計(jì)中能深感體會(huì)。
帖子主要內(nèi)容是：分別利用ZEMAX2009和ZEMAX2019版本設(shè)計(jì)一個(gè)5倍激光擴(kuò)束系統(tǒng)，對(duì)比兩個(gè)年代軟件在光學(xué)設(shè)計(jì)中的變化。激光擴(kuò)束系統(tǒng)指標(biāo)：入射激光口徑為2mm，波長(zhǎng)1064nm，5倍擴(kuò)束。
1、ZEMAX2009版本設(shè)計(jì)
? ? ? ?ZEMAX2009版本， GUI界面和電子表格類似，猜想軟件初期設(shè)計(jì)理念來(lái)源于微軟的EXCEL表格。
? ? ? 第一步，輸入入瞳直徑2mm，波段1064nm，并且新建兩個(gè)平板，基礎(chǔ)操作，不詳細(xì)截圖了，結(jié)果如下所示。
? ? ? 第二步，直接采用系統(tǒng)默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)和自定義操作數(shù)DMVA，來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，另外注意的是此時(shí)采用無(wú)焦像空間模式，將兩個(gè)透鏡的曲率半徑作為變量，進(jìn)行優(yōu)化，如下圖所示。
采用上面定義的這樣一個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)，優(yōu)化的結(jié)果并不理想，沒(méi)有達(dá)到實(shí)際的目的，如下所示：
? ? ? 第三步，撤銷(xiāo)上一步優(yōu)化，回到初始狀態(tài)，利用上面的評(píng)價(jià)函數(shù)，進(jìn)行錘形優(yōu)化，可以看出自動(dòng)錘形之后，也跳不出目前的優(yōu)化極值，滿足不了設(shè)計(jì)要求，結(jié)果如下圖所示。
? ? ? 第四步，可以看出第三面或者第四個(gè)面半徑太小，實(shí)際加工也是不可能的，所以在此我們撤回，然后再添加一個(gè)操作數(shù)CVLT去控制第三面的曲率，然后重新優(yōu)化，可以看出效果就理想多了，基本滿足了我們?cè)O(shè)計(jì)要求。
2、ZEMAX2019版本設(shè)計(jì)
第一步，參數(shù)設(shè)置上和老版本設(shè)置并沒(méi)有特別的區(qū)別，設(shè)置入瞳直徑2mm，波長(zhǎng)1064nm，采用的依舊是無(wú)焦像空間模式，如下所示。
? ? ? ?第二步，將透鏡的曲率作為變量進(jìn)行優(yōu)化，并添加操作數(shù)DMVA，主要用于控制擴(kuò)束比，當(dāng)然也可以用REAY等控制，目的是一樣的，優(yōu)化結(jié)果和低版本類似，也不是非常理想，結(jié)果如下所示：
? ? ?第三步，按照上面低版本優(yōu)化的思路，撤銷(xiāo)恢復(fù)，然后利用同樣的評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行錘形優(yōu)化，可以看出錘形優(yōu)化后結(jié)果已經(jīng)和低版本第四步的結(jié)果基本一樣了，對(duì)比兩個(gè)版本最后優(yōu)化的曲率半徑，基本上是一樣的，差別很小。
3、結(jié)論
? ? ? ?對(duì)于同一個(gè)案例，同樣的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，ZEMAX2009和ZEMAX2019軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果基本一致，但是對(duì)于高版本更容易跳出系統(tǒng)的局部極值，也就是上面兩個(gè)實(shí)例中，ZEMAX2009錘形優(yōu)化不能跳出局部?jī)?yōu)化的極值，而ZEMAX2019版本很容易跳出系統(tǒng)局部?jī)?yōu)化的極值，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
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