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Zemax光学设计实例（102）---几个红外物镜的设计

2021-12-20 10:19| 发布者：Davis| 查看：6529| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：This article describes the design of several infrared lenses using Zemax software. The lenses cover different wavelength ranges and are made from various materials such as MgO, CaF2, Ge, KCl, ZnSe, PbF2, and KBr. The designs aim to minimize chromatic aber

1. 覆盖0.532～1.064um波段的复消色差物镜

波段/um	F	ω	y`/mm	f`/mm	BFL/mm	VL/mm
0.532～1.064	3.5	3	5.3	100	95.1	8.6

在这个准直物镜中，0.808um为泵浦光，1.064um为主要信号光，0.532um为指示光。

由于波长不算长，所用的材料仍是普通的光学玻璃，其中N-PSK57是复消色差或半复消色差物镜常用的材料。

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Paraxial Working F/#”，并根据设计要求输入“3.5”；

在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：

在波长设定对话框中，设置0.532,0.808,1.064三个波长，如下图：

初始结构采用的是双分离的两个透镜，如下图：

也可以设计为双胶合透镜，但是由于胶合面不能耐受强激光，只能用于弱激光的应用。

按F6打开MFE，添加以下操作数，如下图：

查看2D Layout，如下图：

查看点列图，如下图：

查看球差-色差曲线，如下图：

2. 覆盖0.4～5.35um波段的复消色差物镜

波段/um	F	ω	y`/mm	f`/mm	BFL/mm	VL/mm
0.4～5.35	6.8	2.0	3.5	100	96.3	5.4

采用在0.4～5.35um趋于透明的晶体MgO和CaF2。

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Paraxial Working F/#”，并根据设计要求输入“6.8”；

在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：

在波长设定对话框中，设置0.4,2.0,5.35三个波长，如下图：

初始结构采用的是双分离的两个透镜，如下图：

按F6打开MFE，添加以下操作数，如下图：

查看2D Layout，如下图：

查看点列图，如下图：

查看球差-色差曲线，如下图：

3. 3.5um单波长红外准直物镜

波段/um	F	ω	y`/mm	f`/mm	BFL/mm	VL/mm
3.5	1.45	2.0	3.5	100	90.9	9.9

适用于单波长3.5um，相对孔径较大，F=1.45，视场角2°，由锗（Ge）和氯化钾（KCl）两片透镜构成，其中氯化钾为水溶性晶体，加工工艺比较特殊。

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Paraxial Working F/#”，并根据设计要求输入“1.45”；

在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：

在波长设定对话框中，设置3.5一个波长，如下图：

初始结构采用的是双分离的两个透镜，如下图：

按F6打开MFE，添加以下操作数，如下图：

查看2D Layout，如下图：

查看点列图，如下图：

弥散斑在23um以下。

4. 2.5～4um波段红外准直物镜

波段/um	F	ω	y`/mm	f`/mm	BFL/mm	VL/mm
2.5～4	1.65	8	14.1	100	65	66

适当增加元件数，适当减小相对孔径，可以得到更好的像质和更宽的波段。采用三片式透镜，分别由硒化锌（ZnSe）、二氟化铅（PbF₂）和IRG2构成，再加一个硅的保护玻璃。

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Paraxial Working F/#”，并根据设计要求输入“1.65”；

在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：

在波长设定对话框中，设置2.5、3.5、4三个波长，如下图：

初始结构，如下图：

按F6打开MFE，添加以下操作数，如下图：

查看2D Layout，如下图：

查看点列图，如下图：

弥散斑在20um以下，能量非常集中。

5. 8～14um波段红外准直物镜

波段/um	F	ω	y`/mm	f`/mm	BFL/mm	VL/mm
8～14	2.8	6	10.4	100	106.3	44.9

8～14um位于第三红外窗口，采用两片式准直物镜，两片物镜的材料分别为溴化钾（KBr）和锗。

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Paraxial Working F/#”，并根据设计要求输入“2.8”；

在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：

在波长设定对话框中，设置8、10、14三个波长，如下图：

初始结构，如下图：

按F6打开MFE，添加以下操作数，如下图：

查看2D Layout，如下图：

查看点列图，如下图：

弥散斑约为1DL。

查看球差-色差曲线，如下图：

8um、10um和14um三条谱线的球差曲线靠得很近，说明轴向色差校正得很好。

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