ZEMAX光学设计——激光准直镜设计
ZEMAX光学设计——激光准直镜设计
一、概述
采用单透镜和双透镜结构，设计激光准直镜。
二、单透镜结构准直镜设计
2.1、设计要求
f 物方焦距 = 10mm，通光孔径 = 6mm；
使用单个透镜，材料为BK7;
波长为1310nm。
要求发散角 RMS radius <= 3 mrad.
2.2、设计过程
2.2.1、设置无焦点像面。由于准直后的光为平行光，没有焦点，因此需要在system explorer->Aperture中勾选Afocal Image Space，表示像面没有焦点，允许平行光。
2.2.2、设置初始结构。在lens Data编辑表格中输入物面到第一个透镜面的距离（物方焦点）、透镜材料、透镜厚度及透镜最后一个面到像面的距离。
透镜前表面与后面表面的半径数据可以不用输入，在建立好评价函数后，就可以通过优化来确定数值。
2.2.3、设置通光孔径。system explorer->Aperture中设置Type为Entrance Pupil Diameter，在Value中输入通通光孔径6mm。
2.2.4、设置视场。由于激光器的发光尺寸相对于物距是无穷小的，因此激光器可以作为一个点光源，其视场角为0。默认视场为0。
2.2.5、设置波长。system explorer->Wavelengths中设置波长为1.310um,权重为1。
2.2.6、打开2D图像和点列图，查看基本结构和发散角。
可以看到，发散角非常的大，接下来就需要构造评价函数，优化结构。
2.2.7、设置评价函数。评价函数使用默认的函数，快捷键F6，打开评价函数设置窗口，设置如图所示：
点击OK,添加默认的评价函数，默认的评价函数添加后，还需要在这个基础上加入设计指标和边界条件。最重要的要加入焦距的设计指标，输入EFFL，设置为10mm，权重为1。
2.2.8、设置优化变量。
将透镜的第一个表面和第二个表面的半径设置为变量，并且设置2 surface 的Conic因素为变量，使其为非球面，更有利于准直效果。
2.2.9、优化。设置自动更新，循环次数为无穷次，优化界面设置如下：
点击Start开始优化。当Current Merit Function数值减小到不动时退出。
2.3、设计结果
可以看到，发散角RMS radius = 2.52 mrad,满足设计要求。
若不满足要求，需要修改评价函数，加入更多设计指标和边界条件，改变权重、或者改变结构。
三、双透镜结构准直镜设计
3.1、设计要求
f 物方焦距 = 10mm，通光孔径 = 6mm；
使用双透镜，材料均为BK7;
波长为1310nm。
要求发散角 RMS radius <= 1 mrad.
3.2、设计过程
设计过程与单透镜的无异，只是结构上的变化。这里我直接给出设计完成后的数据。
Lens Data:
评价函数：
3.3、设计结果
可以看到，发散角RMS radius = 0.143 mrad,满足设计要求。
四、总结
很显然，双透镜式的激光准直镜的准直效果比单透镜的效果好上数十倍。