ZEMAX中如何优化非序列光学系统

《ZEMAX 中非序列光学系统优化方法》 本文档详细讲述了 ZEMAX 中非序列光学系统的优化方法，对初学者有一定的帮助。非序列光学系统优化的关键是通过改变一系列参数值（称做变量）来减小 merit function 的值，进而改进设计的过程。为达到这一目标，需要通过 merit function 定义性能评价标准，以及有效变量。 在 ZEMAX 中，推荐的优化方法包括： 1. 在所有 merit function 中使用像素插值，来避免像素化探测器上的量化影响。 2. 使 用这些探测器上的合计值，例如 RMS spot size, RMS angular width, angular centroid, centroid location 等，而不是某个特定像素上的数据。 3. 在优化开始之初使用正交下降优化法（Orthogonal Descent optimizer），然后用阻尼最小二乘法（damped least squares）和锤优化器（Hammer optimizers）提炼结果。 在 ZEMAX 中有两种局部优化算法：阻尼最小二乘法（DLS）和正交下降法（OD）。DLS 利用数值计算的结果来确定解空间的方向，即 merit function 更低的方向。然而，在纯非序列系统优化中，DLS 不太成功，因为探测是在像素化的探测器上，merit function 是本质上不连续的，这会使梯度法失效。 正交下降法（OD）优化法利用变量的正交规范和解空间的离散采样来减小 merit function。OD 算法不计算 merit function 的数字衍生物，对于 merit functions 有内部噪声的系统，例如非序列系统，OD 常常超越 DLS 优化。 此外，ZEMAX 还包含一些大大改善 NS 系统优化的特色，如像素插值和 NSDD。像素插值可以解决探测器像素化的问题，使得 merit function 的改变变得连续。NSDD 代表非序列探测器数据，是报告非相关探测数据最有用的操作数。 通过使用像素插值和 NSDD，可以方便地使用阻尼最小二乘法（DLS）优化算法，对非序列光学系统进行优化。Merit function 中报告的发光中心是利用 NSDD 优化操作数计算的。NSDD 操作数的语法如下：NSDD Surf Det# Pix# Data。 这些变量允许一系列评价标准的优化：最小的光斑尺寸（最小的 RMS 空间宽度），最大能量（总的 flux），空间均匀性（所有像素的标准差）。