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光学系统设计___ZAMAX光学系统设计（Zemax初学手册） 1hzHX# ?蔡长青 D1g@]?ygS| ?ISUAL 计画团队 AGC6 jw@ ?国立成功大学物理系 Z6%-=io ?（第一版，1999年7月29日） hJVN)F-C ?前言 t@)Aj~\ ?　　整个中华卫星二号“红色精灵”科学酬载计画，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计与测试是整个酬载发展重要一环。 u;/0^wv! ?　　这份初学手册提供初学者使用软体作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软体。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参与“红色精灵”计画，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更多的习作与文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） 0WKWXu} ?(回内容纲目) JqWs., ?习作一：单镜片(Singlet) W, 8a]@qK ?　 M~2tZQk ?　　你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams（光斑图表），定义thickness solve（厚度方案）以及variables（变量），执行简单光学设计最佳化。 !8$rf$ ?　　设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length （焦长）为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。 BqFA1{: ?　　首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE镜头数据编辑器)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius（曲率半径），thickness，大小，位置……等。 }#,k# hGQ ?　　然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength（主要波长）上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics近轴光学，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification（放大倍率），pupil sizes（瞳孔尺寸）等。 {aO -#$`+ ?　　再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F（有效焦长）跟paraxial entrance pupil（近轴入瞳）的直径的比值。所以现在我们需要的aperture（孔径）就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil（入瞳）的大小就是aperture的大小。 sUI$ 2DNP ?　　回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按滑鼠，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 @LxRH(arK ?　　再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又孔径的大小为25mm，则第一面镜合理的thickness为4，也是直接键入。再来决定第1及第2面镜的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负值。而再令第2面镜的thickness为100。 XD?P]=ml\ ?　　现在你的输入资