Zemax光学设计实例（51）---一个5X激光扩束镜的设计（1）

导论：

无焦光学系统有各种应用，包括显微镜中的能量转换，红外扫描或前视红外系统，激光扩束镜和取景器等。

设计一个5X激光扩束镜，采用氦氖激光器，波长0.6328um，入瞳直径0.2in。

ZEMAX仿真：

（1）系统建模：

由设计要求，在“Units”的“Lens Units”选择“inches（英寸）”。如下图：

在孔径类型中选择“Float By Stop Size”，Apodization Type选择“Gaussian”，Apodization Factor输入“1”，此时，瞳孔边缘的振幅降到峰值的0.3678，光强度降至峰值的0.135；

如下图：

在Field Data里，选择“Angle（Deg）”，输入0，0.05，如下图：

在波长设定对话框中，输入0.6328um一个波长，如下图：

然后将初始结构数据都输入到LDE中，如下图：

然后查看下初始2D Layout，如下图：

（2）系统优化：

打开MFE，选择“Tools-Default Merit Function”，在评价函数设置对话框中，选择默认的评价函数构成为“RMS+Wavefront+Centroid”。“Rings”选项为“4”， “Arms”选项为“8”。

增加以下操作数：

PARY操作数，指定第2面的y向坐标，Py=1；

PARY操作数，指定第5面的y向坐标，Py=1；

DIVI操作数，指定第1个操作数和第2个操作数相除，目标值为-5，权重500；

TTHI操作数，用于控制第2面到第5面的厚度；

OPLT操作数，控制第4个操作数小于3.1，权重500。

如下图所示：

打开LDE，将第2面至第5面的半径，第3面的厚度设置为变量，如下图所示：

点击OPT开始优化。

查看优化后的2D Layout：

在第一个平表面的右边有一个中间像。为了进行模式选择，一般地，在该位置设计一个小的孔径光阑。

Ray Fan，如下图：

波前图，如下图：

从光扇图和波前图可以发现，视场边缘有较严重的杂光。

由于该设计由两块相距很远的薄透镜组成，作为初始设计，每块透镜的形状都保证有最小的球差。为简单起见，选择平凸透镜的形式。因为最小球差对应材料的折射率是1.686，所以，N-SF8玻璃最接近该值（1.68448）。采用这种全部由正透镜组成的系统，球差是相加的。