ZEMAX光学实验--双镜片

实验名称 ：双镜片 　一、学习内容：画出layouts和field curvature plots,定义edge thickness solves, field angles等。 　　一个双镜片是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的curvature。借着不同玻璃的dispersion性质，the chromatic aberration可以矫正到first order，所以剩下的chromatic aberration主要的贡献为second order，于是我们可以期待在看chromatic focal shift plot图时，应该呈现出parabolic curve的曲线而非一条直线，此乃second order effect的结果（当然其中variation的scale跟first order比起来必然小很多，应该下降一个order）。　 　设计一个在光轴上成像，focal length为100mm的光学系统，用两块玻璃来设计。 【ZEMAX光学实验--双镜片】是一个深入学习光学设计和分析的实践教程，主要涉及使用ZEMAX软件设计和优化一个双镜片光学系统的过程。在这个实验中，我们将探讨如何绘制layouts、field curvature plots，定义edge thickness solves以及field angles，并通过调整参数来减少色差。 双镜片系统由两片具有相同曲率的玻璃粘合而成。这种设计允许利用不同玻璃材料的色散特性来校正一级色差，使得二级色差成为主要的剩余误差源。在观察色差焦距位移图时，由于二级色差的影响，曲线呈现出抛物线形状，而不是一条直线，这是因为二级效应的规模相比一级色差显著减小。 实验的目标是设计一个光轴上成像，焦距为100mm的光学系统，使用BK7和SF1两种玻璃材料。具体步骤如下： 1. 参数设置：选择合适的波长和孔径，将两片镜片分别置于光学系统中。在ZEMAX中，可以将一面镜片设置为STO（光阑），另一面镜片的厚度作为变量进行优化。确保两片镜片之间没有间隙，并固定它们的厚度。 2. 进行优化：设置merit function，包括EFFL（有效焦距）的计算基于最后一面镜片的主平面位置。运行优化过程后，对比Chromatic Focal Shift图，观察一级色差的减少，二级色差成为主要的色差形式，表现为抛物线形状的曲线。 3. 性能评估：查看Ray aberration图，了解最大横向色差从200微米降低到20微米，表明光学性能得到了显著提升。此外，不同波长的光线通过原点的斜率接近一致，表明球差已得到改善。 4. 观察光学系统布局：通过Analysis菜单，选择2D Layout查看实际的光学系统结构。三条不同路径的光线被追踪，这些路径代表了entrance pupil的顶部、中心和底部。 实验中还涉及到对STO厚度的优化，以避免边缘厚度值出现正数或负数的情况，以及考虑调整镜头的孔径大小以提高系统性能。这要求我们对边缘厚度solves进行定义，确保镜片边缘的厚度合理，同时可能需要调整设计以使镜头的孔径小于直径，以减少杂散光和提高成像质量。 这个ZEMAX双镜片实验是一个综合性的光学设计实践，涵盖了光学系统设计的基本要素，如几何光学、色散理论、优化方法以及性能评估，对于理解和掌握光学系统设计流程具有重要意义。通过这样的实验，学生可以深化对光学原理的理解，提高使用专业软件解决问题的能力。