本節書摘來自異步社群出版社《zemax光學設計超級學習手冊》一書中的第2章,第2.5節,作者: 林曉陽 更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。
zemax光學設計超級學習手冊
本節主要對玻璃材料、鍍膜、實體光學做簡單闡述。
2.5.1 玻璃和梯度折射率
玻璃和梯度折射率(glass and gradient index)如圖2-53所示。
(1)散射圖(dispersion diagram):顯示光線某個面的散射的情況。如圖2-54所示。

(2)玻璃圖(glass map):根據折射率和abbe數畫出的玻璃分布圖。如圖2-55所示。
在玻璃圖上按照折射率和阿貝數畫出玻璃名稱。折射率和阿貝數是直接從玻璃庫的入口中得到的,而并不是根據波長資料或色散系數計算出來的。在下表所決定的邊界範圍内,對目前所裝載的玻璃庫進行搜尋,以找到所需要的玻璃。
本功能對具有特定折射率和色散特性的玻璃定位是很有用的。通常,玻璃圖的阿貝數從左到右是逐漸下降的,這可以解釋為什麼最大和最小的阿貝數看上去是相反的。
(3)athermal glass map:描述某個玻璃的折射率和色散特性數值。
(4)内部傳輸與波長(internal transmission vs. wavelength):不同厚度的玻璃透過率情況。
(5)表面輪廓(grin profile):在某個波長下,在某個表面上相對x或y的折射率。如圖2-56所示。
(6)梯度折射表面輪廓(gradium profile):在某個波長下,不同位置的折射率。如圖2-57所示。
2.5.2 通用圖表
通用圖表(universal plot)包含兩個子菜單,如圖2-58所示。
(1)universal plot 1d:用圖表或文本形式列出某一個面的半徑、厚度等參數與merit funcation的關系,還可以描述光學系統的孔徑、視場、波長與merit funcation的關系。
通用圖表new universal plot可以将任何一個優化用的操作數表示成為任何系統或面參數的函數,這種函數關系可以用曲線或文本清單的方式表達出來,共有300個優化操作數和200個面參數,27個系統參數,這樣在原則上,本功能可以産生60 000種不同的曲線。
例如,假定弧矢mtf,空間頻率為30線對/mm,需要表達成為透鏡組偏心的函數(這在公差分析診斷中是很有用的)。由于操作數mtfs計算弧矢傳遞函數,是以萬用圖表将得出這種函數圖形或資料清單。請參閱“優化”這一章中所能得到的優化操作數清單。
一個透鏡組的偏心是有關的坐标斷點面上的參數1和參數2定義的。面參數1和參數2兩者均列在相應的面的參數中。
由于本功能所能産生的各種圖形在數目是非常巨大的,是以,沒有一種巧妙的預設設定能适用于獨立變量或函數,這些值必須在對話框中仔細地設定。如果優化操作數不能計算,就會顯示出一個出錯資訊,圖形就不會産生。
因為很多優化操作數采用h x和h y值來定義所計算的視場點,這些操作數必須要求視場數設定為1,然後設定hx=0,hy=1。最後標明y視場1作為獨立變量就可以得出操作數與視場之間的函數關系。對操作數與波長之間的函數關系也可用類似手段得到。
若計算時間太長的話,用“esc”鍵可以結束本功能的分析。
(2)universal plot 2d:與universal plot 1d類似,隻不過是用圖表或文本形式列出某兩個面的半徑、厚度等參數與merit funcation的關系,還可以描述光學系統的孔徑、視場、波長與merit funcation的關系。
2.5.3 偏振狀态
偏振狀态(polarization)對話框用于設定使用偏振光線追迹的許多分析計算的預設輸入狀态。許多分析功能“use polarization”開關來使用偏振光線追迹和變迹,如點列圖和作為視場函數的均方根rms。
本對話框是設定初始偏振狀态的唯一工具,對于這些功能,當考慮菲涅爾衍射、薄膜和内部吸收影響時,偏振光線追迹隻被用來決定光線的透過強度。
在這裡電磁場的矢量方向被忽略,而假定隻有标量理論可适用,光線隻是在強度上衰減,權重計算被應用。偏振是由4個數值定義的:表示電磁場x和y方向模值的ex和ey,用度表示的x-位相和Y-位相的相位角,zemax 将電磁場向量歸一化為1 個強度機關。
有一個标簽為“unpolarized”檢查框,若選取,那麼偏振值ex、ey、x-位相,y-位相被忽略,這時使用非偏振計算,非偏振計算用正交偏振的兩條光線追迹并計算最終透過率的平均值。
注意:非偏振計算比偏振計算所需的時間長,而偏振計算也比完全忽略偏振的計算所需的時間長。
(1)偏振光線追迹(polarization ray trace):顯示單根光線的偏振資料。
(2)偏振入瞳圖(polarization pupil map):顯示瞳上偏振狀态的變化情況。
(3)透過率(transmission):考慮偏振時,主光線在各個面上的透射率。
(4)相位像差(phase aberration):計算偏振引起的光學系統的像差,主要是電媒體折射和導體及電媒體的反射引起的。
(5)透過率分布(transmission fan):每個視場和波長上,透過率和瞳上弧矢或子午光瞳像差。可以确定瞳上透過率對視場和波長的變化情況。如圖2-59所示。
2.5.4 鍍膜(coatings)
(1)反射與角度(reflection vs. angle):反射光線和入射角。
(2)透過率與角度(transmission vs. angle):透射光線和入射角。如圖2-60所示。
(3)吸收與角度(aberration vs. angle):吸收光線和入射角。
(4)衰減與角度(diattenuation vs. angle):反射r和透射t的二次衰減和入射角。
(5)相位與角度(phase vs. angle):反射或者透射光線的s和p偏振的位相和入射角。
(6)延遲與角度(retardance vs. angle):計算指定面的位相延遲和入射角。
(7)反射與波長(reflection vs. wavelength):反射光線和波長。
(8)透過率與波長(transmission vs. wavelength):透射光線和波長。
(9)吸收與波長(absorption vs. wavelength):吸收光線和波長。
(10)衰減與波長(diattenuation vs. wavelength):反射r和透射t的二次衰減和波長。
(11)相位與波長(phase vs. wavelength):反射或者透射光線的s和p偏振的位相和波長。
(12)延遲與波長(retardance vs. wavelength):計算指定面的位相延遲和波長。
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2.5.5 實體光學(physical optics)**
(1)近軸光束(paraxial gaussian beam):提供束腰位置和大小。
(2)傾斜高斯光束(skew gaussian beam):提供傾斜系統束腰位置和大小。
(3)實體光學傳播(physical optics propagation):提供高斯光束束腰圖。如圖2-61所示。
(4)光束預覽(beam file viewer):顯示光斑束腰大小和位置。如圖2-62所示。