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Zemax光学设计实例（99）---带指示光的双波长扫描物镜的设计

2021-12-20 10:59| 发布者：Davis| 查看：820| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了Zemax光学设计实例，涉及双波长扫描物镜的设计，特别针对激光打标设备使用红外波段激光的不便之处，采用可见光作为指示光，同时满足可见光和红外光的焦点重合，并满足fθ条件。详细讲解了系统参数设置、初始结构、增加0.532um波长的组态、优化等内容，展示了设计结果的点列图、畸变图、RI图等，证明系统满足了设计要求。

引言：

激光打标的设备所用的通常是红外波段的激光，由于不可见，在调试和使用的时候有诸多不便。因此，很多设备将可见光作为指示光一同耦合到打标设备中。

可见光波长通常采用绿光或红光，此时要求可见光和红外光的焦点重合，并同时满足fθ条件。

设计指标：

波段/um	ENPD/mm	y`/mm	ω/°	f`/mm	BFL/mm	VL/mm	OD
1064/532	4.5	53.2	30.4	100	120	32	Inf

设计仿真：

（1）系统参数设置

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“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“4.5”；

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1.064，如下图：

（2）初始结构

入瞳（即光阑）在系统的前焦面处，此处放置扫描反射镜（即振镜）。扩束的激光射到反射镜上，反射镜光束偏转，通过fθ物镜聚焦到被刻划面上。

LDE的初始结构参数，如下图：

在结构上，fθ扫描物镜由4个弯月形单片或双胶合构成，大体朝向光阑弯曲，以减小像差。

由于入瞳在系统之外，结构是高度非对称的，诱导出负畸变。

（3）增加0.532um波长的组态

在MCE中设置两个波长，分别为1.064和0.532，权重分别为1和0.3，如下图：

（4）优化

按F6打开MFE，分别添加以下操作数：

使用DISC操作数，代替通用的DIMX操作数，计算出像高相对于fθ直线的最大偏离，对该操作数给权，令目标值为0，优化后就可以得到fθ扫描物镜。

在Config1和Config2中都分别使用DISC操作数，使系统对两个波长同时满足fθ条件。

第10-11行，第43-46行，使用REAR操作数分别得到两个Config 中1视场和0.7视场的像高，再使用DIFF操作数给权，令两个Config相应像高差为0。

利用DMFS操作数同时设置两个Config的SPT的评价函数。

查看点列图，如下图：

从上图看出，两个波长的焦点几乎重合，并大致等于艾里斑。

查看畸变，如下图：

正是这没有校正的负畸变，使系统满足了fθ条件。

查看RI，如下图：

均匀性较好，大视场相对照度的下降符合cos⁴θ`条件。

再查看下不同视场下的像高：

归一化视场	像高/mm
0	0
0.2	10.63
0.4	21.27
0.6	31.91
0.8	42.55
1	53.16

从上图看，可见线性非常好。

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