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ZEMAX光学设计实例(123)---一个分光棱镜分束系统的设计

2021-12-20 10:44| 发布者:Davis| 查看:1536| 评论:0|原作者: 小小光08

摘要:本文介绍了ZEMAX光学设计实例中一个分光棱镜分束系统的设计过程。通过双胶合和单片消色差物镜的优化以及Hammer优化,达到了理想的弥散斑和纵向色差校正效果。采用多重组态来设计分束,并成功设置了X型分光棱镜,并使用MCE进行设置。最终在3D Layout中展示了完整的系统光路方向和分光面。

 
引言:
在一些光学系统中,常用分光棱镜进行红黄蓝三色光的分束或合束。
本例中在一个双胶合+单片消色差物镜后加入一个X型分光棱镜,并用多重组态来设计分束。
 
设计流程:
(1) 系统参数设置
首先输入系统特性参数,如下:
在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(0、0.7、1),要选择“Angle”,如下图:

在波长设定对话框中,选择F,d,C,如下图:
 


(2) 结构参数与性能
双胶合+单片消色差物镜优化后的LDE参数,如下图:

2D Layout,如下图:


点列图:


球差-色差曲线:

 
(3) 插入等效平板及优化
在双胶合+单片物镜后插入一个等效平板,厚度为20mm,Semi-Dia为10mm,材料为H-K9L;同理,在像面前插入一个玻璃盖板,厚度为2mm,Semi-Dia为6mm,材料为H-K9L,LDE如下图:

此时的2D Layout,如下图:


此时,弥散斑和纵向色差校正得都不理想,说明双胶合物镜所用的玻璃对不适用,此时可以用Hammer优化来更换玻璃对。
将玻璃设置为Substituted(S),并将五个曲率半径设置为变量(V),如下图:

选好玻璃的供应商后,开始Hammer优化。
Hammer优化后的LDE,如下图:

查看2D Layout,如下图:


 


(4) 设置分光棱镜
在第7行前再插入4行,并将现在的第7行和第9行设置为坐标断点(Coordinate Break),LDE如下图:

打开MCE,插入3个Config,分别定义分光棱镜光束的3个方向,包括一个透射方向和两个反射方向。
MCE设置如下:

第1行:GLSS,第8面,定义透射或反射面;
第2行:PRAM,第7面第3个参数Tilt About X,设置反射面的法线旋转角度。
第3行:PRAM,第9面第3个参数Tilt About X,设置反射面的法线旋转角度。
第4行,APMN,第8面,设置分光面(矩形)的X边长的一半。
第5行,APMN,第8面,设置分光面(矩形)的Y边长的一半。
第6行,THIC,第6面,设置玻璃厚度,Config1为透射,Config2和Config3为反射。
第7行,THIC,第9面,设置玻璃厚度,Config2和Config3为反射。
注意:透射棱镜的厚度直接设置为20mm,反射棱镜的厚度要在反射前设置为10mm、在反射后设置为-10mm。
第8-10行,THIC,第11-13面,分别设置BFL、盖板玻璃和空隙的厚度。
注意:由于反射镜的作用,MIRROR后的系统光路方向相反,所以Config2和Config3的厚度值要加负号。
 
查看3D Layout,如下图:


至此,一个X型分光棱镜就设置完成了。
 


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