Zemax光学设计-光纤耦合输出光束整形的设计-II

光纤耦合技术在激光应用中极为常见，目标在于通过设计光学系统对光纤输出的光束进行整形，以满足特定的工作距离和光斑形状要求。本文聚焦于将输出光斑整形为条形光斑的讨论。假设使用的耦合传输光纤具有芯径0.2mm，数值孔径NA=0.22，波长1064nm的激光需输出聚焦至尺寸约0.2mm×0.8mm，工作距离大于30mm。

首先采用微透镜阵列将LDA 光束准直成准直光束，然后进一步将光束进行整形，最后将整形光束聚焦耦合到光纤，如图6 所示。 2 光纤耦合LDA 模块原理分析 光纤耦合输出激光光束的主要参数除了功率外就是光纤芯径和数值孔径。对于一定芯径和数值孔径的光纤耦合光束而言，其整个耦合过程满足光参数积不变的原理[3]。

现代光学设计软件QUADOA，专为完成光学系统原型设计过程而设计。它利用最先进的算法进行高性能光线追迹，结合现代CPU和高功率GPU，能高效完成优化和分析、杂散光分析或公差计算。QUADOA广泛应用于各类光学系统，包括成像系统、非成像系统、照明设计、光束整形、传感器光学和计量仪器。

切比雪夫多项式表面由切比雪夫多项式定义，具有线性独立的系数，使优化表面几何关系的过程更加直观。使用此类表面可减少设计复杂度，适用于多种光学应用，如天线、激光光束整形器和哈伯太空望远镜等。OpticStudio 提供了多种自由曲面选择，包括超过 20 种在序列模式下可选，如切比雪夫多项式、Q 型非球面等。

Zemax光学设计--单个非球面准直透镜的设计

1、设计要求：需设计一个单个非球面准直透镜，确保焦距为9mm，通光孔径为4mm，工作在可见光波段，并要求准直后的发散角小于2mrad。通过ZEMAX仿真系统实现设计。

2、基本操作：先把标准面改为二次曲面或者偶次（奇次）曲面，然后再在相应的系数上设置变量...一般来说，一个非球面可以代替一个透镜的功能，如果你不是为了减少镜片而搞非球面，你可以参考上面的。如果是为了减少镜片而不影响像质去使用非球面，那么就需要一定的光学设计功底。

3、总之，利用Zemax软件进行激光光束的仿真分析，可以有效地评估和优化光学系统的设计。这种方法不仅能够帮助我们深入理解光束传播的规律，还能为实际应用提供可靠的技术支持。

Zemax&Speos:杂散光分析案例演示

1、ZEMAX是一款广泛应用于光学组件设计与照明系统照度分析的软件。它能够建立反射、折射、绕射等光学模型，并结合优化、公差分析等功能。ZEMAX支持Sequential及Non-Sequential运算，使得用户可以灵活地进行各种光学设计。CODENV则更加侧重于变焦结构优化和分析，支持环境热量分析，MTF和RMS波阵面基础公差分析等。

2、在使用Zemax进行光学设计时，如果需要设置光栅元件，可以参考Zemax的中文说明书中的“表面类型”章节，这里详细介绍了不同类型的表面设置方法。其中，环形光栅和衍射光栅是两种常用的光栅类型。环形光栅通常用于特定的光学应用中，比如在环形光栅掩模上进行光谱分析。

3、ZEMAX是由美国Radiant Zemax公司开发的一款专业光学设计软件，它专注于光学组件设计、照明系统照度分析以及光学模型构建，包括反射、折射和绕射等。其核心功能不仅限于透镜设计，而是具备全面的光学设计分析能力，以直观、强大、灵活和易于操作著称。

4、在ZEMAX中，可以进行衍射和几何MTF计算。衍射MTF计算要求较高的采样，以实现精确的结果，而几何MTF则适用于大像差系统，甚至能考虑到光学面的散射效应。选择合适的MTF计算方法取决于具体的应用场景和系统特性。通过合理利用这两种MTF计算方法，可以显著提高光学系统的成像质量。

5、在Zemax软件中设定视场角时，通常按照带区进行设置，例如0°、0.3°、0.5°、0.707°、1°，这是比较常用的标准带区。比如，如果系统的全视场为20°，那么半视场即为10°，因此在Zemax中输入的带区应为0°、3°、5°、07°、10°。

Zemax光学设计---变焦镜头

设计一个简单的变焦镜头需要以下步骤：首先，输入系统特性参数，包括孔径、视场、焦距等，并使用Zemax软件进行建模与优化。接下来，设置多重结构以实现变焦功能，通过改变特定镜片间距实现不同焦距。随后，建立评价函数进行系统优化，设定控制参数，如焦距、中心空气厚度等，并执行优化过程。

在光学设计的世界里，ZEMAX犹如一座宝库，其强大的功能使变焦镜头设计变得既科学又艺术。首先，让我们来了解一下变焦镜头背后的原理和关键要素。变焦镜头的核心在于其焦距的可调节性，它就像一个光学魔术师，通过调整镜头内部结构，能捕捉不同景物的细节。

在进行镜头设计时，传感器手册成为重要参考，聚焦于那些对光学设计有益的参数，以满足特定芯片的需求。以一款500万像素的sensor，OV5642为例，我们开始探讨其关键参数。首先，像素点大小对于计算传感器的截至频率至关重要。

在Zemax光学设计中，透镜阵列（Lens Array）的复杂系统设计可通过物理光学传播（POP）进行优化。首先，进入系统建模，设置起始步骤。在通用对话框中，设定孔径，选择Entrance Pupil Diameter，并输入尺寸为2。接着，在视场设定中，选择1个视场，以角度（Deg）为单位，确保准确性。

缩放镜头以满足焦距要求，设置视场角，进行调整。快速聚焦，选择高斯像面作为优化参考像面。查看结构图、MTF、点列图和畸变。优化设计，将透镜的曲率半径作为变量，设置默认评价函数，如RMS+Wavefront+Centroid。控制主要外形光学特性参数，优化球差、彗差、畸变、位置色差。进一步添加玻璃厚度参数的约束输入。