巧用镜头缩放功能设计大口径扩束镜

随着光学产业的蓬勃发展，光学产品也逐渐覆盖各行各业，不断面对很多新领域，新问题。在这种情况下需要我们波长人坚持不懈的开拓探索，发散思维，攻克一个个问题堡垒，才能领先一步，立于不败之地。

今年初，有个客户需要一款2倍扩束镜，扩束倍率很普通。但是要求入射光束直径50毫米，经过2倍扩束出射光束直径就要达到100毫米，而且机械长度不能太长。目前常用的扩束镜需要入射光束一般在1至2毫米，经过5倍、10倍、甚至20倍扩束后光束直径至多达到40mm左右。

这意味着这款扩束镜的镜片口径将达到120毫米左右，这给设计带来了一些困难。首先想到的是使用3片镜片来完成这款设计，经过初始结构的选择，分析优化，最后的结果总是不理想。由于光束直径太大，设计出的结构出现镜片很厚，或者镜片的弯曲很大，或者系统很长的问题。

后来经过继续调节参数和优化函数，最后达到了要求。但是系统的长度较长，且由于个别镜片的弯曲较大，使用弯月镜来平衡系统的像差。弯月镜的加工难度是比较大的，增加了生产成本。

在继续优化系统的时候，突然想到了ZEMAX中“镜头缩放”这个功能，按一定的因子缩放整个镜头。这对于将一个现成的设计缩放成一个有新焦距的设计是很有用的。对系统的波长无影响。缩放镜头功能也可以用于将单位由毫米转换成英尺，或其它组合单位类型。也就是说，可以先用1毫米入射光束先设计一款2倍的扩束镜，然后将系统放大50倍。这个缩小50倍的扩束镜需要机械筒长尽量的短，实现起来也不是很困难。设计完成后，将系统放大50倍，就完成了。结果如下图所示。