基于Zemax的HE-Ne激光光束聚焦物镜的设计

摘要：为了得到一个合理的He-Ne激光光束聚焦物镜，采用以正前凸型为基础的高折射率双片结构，应用Zemax软件进行优化设计，获得了弥散斑直径为0.002mm的He-Ne激光聚焦物镜，该镜头只需校正轴上点球差。实验结果表明：设计的镜头比低折射率单片透镜得到的弥散圆直径更小，达到0.0019mm，球差被控制在-0.05mm～+0.05mm范围内，MTF曲线所围面积变大，中心点亮度增高，符合实际需要。

关键词：光学设计；聚焦物镜；Zemax；球差；弥散圆

引言

如今，He-Ne激光光束聚焦物镜广泛应用于影碟机，光盘，激光打印机等，此类透镜是小F数，小视场，单色波简单光学系统，很容易达到衍射极限，并且只要一两片透镜就可以达到基本要求。本文采用2片结构，用ZEMAX进行优化设计，得到的镜头结构简单，比采用单片镜头得到的镜头弥散圆直径小，像差校正得更好。

1 镜头结构的设计指标

具体设计任务要求：

1）镜头物镜l=∞，视场角ω=0°，焦距f'=60mm，相对孔径D/f'=1/2，工作波长λ=0.6328μm；

2）镜头只需校正轴上点球差；

3）几何弥散圆直径小于0.002mm；

4）镜头结构尽量简单，争取用2片镜片达到要求。

2 设计过程

2.1 初始结构的选择

我们采用正前凸型初始结构，结构参数如表1所示，其像差曲线和点列图如图1和图2所示。