初入
光学设计时间不久，也是静水流深光学第3期提高班学员，平时也经常交流，最近应静水流深光学工作室的Still_Water邀请写一篇稿子，也不好意思拒绝。虽然能力有限，但是还是整理了下平时工作中的一个简单设计，分两帖，一帖设计，一帖公差分析。来和大家分享一下，多有不足，还请各位朋友交流指导。
>
v~?Vd( };: +0k/ 1、
激光扩束系统设计指标
8JU9Qb]L'I [;F%6MPK^ 该设计是整机系统中的一部分，接到的任务是对一个准直的激光进行10倍扩束，老板也不是很清楚指标，但是和激光部的人员沟通下来，
激光器出射的是口径2mm的高斯光，激光器内部有一部分整形准直。后面再进行10倍扩束的目的主要是压缩视场角度，激光器出射的激光发散角度是3.5mrad（大概在0.2°），发散角度太大，需要压缩到0.5mrad以内。
=V@5W[bV |9F^"7Q~C 对于这样的解释也就基本上了解了，对于我
光学设计的输入就明确了，口径2mm，视场0.2°，另外波长是532nm，设计时候压缩到0.35mrad，十倍扩束压缩发散角，为加工和机械装配留余量。
! A \Qwg> s r&hQ 2、
ZEMAX光学设计部分
BSGC.>$s J A K+v （1）系统
参数设置
6jKZ.S+s) !Cpy
)D( ZEMAX设计三部曲，孔径，视场，波段，静水流深课程中都有详细接收，抱歉，平时经常请教他们，在这里拍个马屁，做个广告。
9f
^c9@= ;s s, x
孔径设置中，直接设置入瞳直径为2mm，至于切趾类型（可能分布类型更好理解），高斯激光可以选择设置均匀的，也可以选择高斯，做下来区别不是很大。另外，由于这个设计师无焦系统，所以需要选择无焦像空间。当然有人喜欢在最后一个面加入Paraxial近轴面转化为有焦系统，不做评述。
VR @V3 ~ mct$.{~ _^ 2 rRz 视场设置，点击视场，这设置就比较简单的了，点，点，点就OK了。这里和老师们上课讲的有点区别，就是视场设置归一化正常是0，0.707，1。新版本
软件中则是0，0.5，1。不知道有什么区别，大佬有知道的可以和我说下，谢谢！
Vk/!_) a&S tdh ?4kM5NtP 波段设置，也和视场一样，没技术含量了。
Y'YvVI .^fV m ._uXK[c7P （2）系统参数构建与设计
JYt)4mOo !5hNG('f 扩束系统其实很简单，构型就是伽利略
望远镜，在ZEMAX中直接用两个平板来搭建一个初始结构，然后进行优化分析。
9Dq^x&z( i58&o@.H<u |bwz 这是二维图，然后添加一些操作数，进行优化边界控制。首先，由于入瞳口径是2mm，十倍扩束后，出瞳大小是20mm，用操作数EXPD来控制出瞳为20mm；其次，利用MNCA来控制住两个平板的间隔不要小于0，因为这个值是前后两个
透镜焦距之差（高斯光学下），所以需要设置变量。设置好后，变量就是两个透镜前后两个面和透镜间隔，然后进行优化。优化操作数如下所示：
t4RI%m\ H} R/_5g !&$uq|- 点击自动优化之后，几秒钟就得到了一个结果，如下所示，虽然看着结果点列图完全在艾里斑以内了，已经是衍射极限了，但是可以看出明显有些问题，就是太长，也就没有直接把这个结构给老板看了，不然估计得挨批了。可以看出两个镜子的间隔是180mm左右，第一个透镜才2mm。
,-11w7y\ {W[OjPC~F GI~JIXHTQ 4 pin\ZS:C o1m+4.- （3）减小系统长度
|# _ F 减小系统长度在ZEMAX中优化其实比较简单，就是加入优化操作数控制一下就可以了。其实从理论是去分析下，优化更有针对性。由于是10倍扩束系统，那么后组透镜的焦距也是前组的10倍，那么其实控制前组焦距在合理范围内也就可以了。直接使用TTOR操作数应该也可以，但是需要考虑第一个面和第五个面，这两个不用计算进去，没有这个操作数。联系了加工厂商，得知透镜把F数控制在5以内，那样好比对样板。但是不要太小，大于1.5左右就可以了。
']N1OVw^vf 这样计算了下，前组透镜的焦距控制在10mm以内，组焦距越大，筒长也就越长，就选择控制在10mm以内，优化操作数如下所示。
Y;X_E7U _</>`P[ Z#O )0ou 优化之后得到了如下的系统参数，感觉要求差不多，但是咨询各个大佬之后，需要了解之后得知两点：第一，需要了解整体设备的功用，再分析系统，了解下来，一句话就是输入时高斯光，输出也是高斯光，只是发散角压缩，反应到
光学系统就是传递函数要接近1，点要在艾里斑以内，目前轴外彗差大，光斑肯定变了，不能满足要求；第二，整体设备体积紧凑，希望进一步压缩体积。
W:s>?(6? $ Z{ ap V__|NVoOm （4）继续压缩筒长，优化像质
qHZ!~Kq,"' m#\I&(l+ 前透镜是负的，主要是发散作用，产生较大的正球差，后组透镜是正的，产生正球差弥补前面的。之所以像质不佳，其实就是后组弥补的球差不够，那么将后组透镜分离，变为两个透镜进行弥补，并且再优化。此时需要控制的就是后组两个透镜间隔，如下操作数所示。
9vQI
~rz? ZU=om Rh5
Yq 6e=?- 在分析图里面，也可看出上面分析的没有问题，看大佬都喜欢看赛德尔系数，自我感觉经验不足，多看这个图。
^V1 .Y r%c raf U?bQBHIC 另外，控制系统长度，和前面对长度分析的一致，这里直接用操作数控制前后组透镜的间隔，让ZEMAX去计算，系统长度明显降下来，但是像质会变差一点，但是都在艾里斑以内，具体操作数如下图所示。
~HFqAOr Ihd{ @6m pk%%}tP< tJ"8"T#6Vr （5）套样板，这个就比较简单了，联系你的加工厂商，要来样板文件找接近的，然后修改，修改一个局部优化一次，最后用间隔来优化补偿即可。当然可以直接导入ZEMAX，让它去完成，这里就不说了。
h U3! f,jN " 最后感谢下这个平台，学习了不少！
