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。
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激光扩束系统设计指标
7,&]1+n 5f^`4pT 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。
~A:;?A'. 9B6_eFb 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。
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ZEMAX光学设计部分
R2H\;N i$LV44 (1)系统
参数设置
BGh8 \2 ]K0,nj*\c ZEMAX设计三部曲,孔径,视场,波段,静水流深课程中都有详细接收,抱歉,平时经常请教他们,在这里拍个马屁,做个广告。
U}vtVvx l`5}i|4KTW 孔径设置中,直接设置入瞳直径为2mm,至于切趾类型(可能分布类型更好理解),高斯激光可以选择设置均匀的,也可以选择高斯,做下来区别不是很大。另外,由于这个设计师无焦系统,所以需要选择无焦像空间。当然有人喜欢在最后一个面加入Paraxial近轴面转化为有焦系统,不做评述。
V@+<,tjq ;ZqD60%\ I`n1M+=% 视场设置,点击视场,这设置就比较简单的了,点,点,点就OK了。这里和老师们上课讲的有点区别,就是视场设置归一化正常是0,0.707,1。新版本
软件中则是0,0.5,1。不知道有什么区别,大佬有知道的可以和我说下,谢谢!
E<m"en&v j|$y)FBX ['N#aDh.? 波段设置,也和视场一样,没技术含量了。
.n|3A3: Rp@}9qijb C7*Yg$`{ (2)系统参数构建与设计
hwol7B> 0\ytBxL 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。
s)7`r6w ;Wrd=)Ka a~N)qYL: 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:
$m%/veD k &MGgO\|6 jQwg)E+o; 点击自动优化之后,几秒钟就得到了一个结果,如下所示,虽然看着结果点列图完全在艾里斑以内了,已经是衍射极限了,但是可以看出明显有些问题,就是太长,也就没有直接把这个结构给老板看了,不然估计得挨批了。可以看出两个镜子的间隔是180mm左右,第一个透镜才2mm。
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^:-] CYic_rF$ xyJgHbml r'JK$9 (3)减小系统长度
b!tZ bX# 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。
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