创建zemax非序列光学系统

zemax中有两种截然不同的光线追迹模式:序列和非序列。

两者的主要区别:

1)序列模式,主要用来设计成像和离焦系统。在Lens Data Editor中定义。光线只能和每个面相交一次,而且要遵循一定的序列次序,面#0,然后是#1、#2…,这也就是名字序列光线追迹的由来。

  光线只在表面材料是反射镜的面上发生反射。在折射面发生部分反射,也只会在要计算折射能量(考虑介质和金属镜面效应)的时候涉及到。

  每个面有自己的局部坐标系。沿着光轴的每个面的位置参考前一个面的位置,即Thinkness栏指的是从当前面出发的距离,而不是从一个全局参考点出发的距离。

2)非序列模式,主要作为非成像应用,如照明系统、杂散光分析。结构元件可以从CAD程序中轻松导入,因此可以进行完全的光结构分析。

  一条光线可以与同一物体相交不止一次,也可以任意顺序与多个物体相交,因此得名非序列。每个物体都是以全局坐标系为参考,除非特殊说明。除了追迹折射光线外,一个折射面可以产生并追迹部分反射光线。这又被称作光线分束。

成像系统的光学特性参数如孔径光阑位置、入瞳和出瞳、视场、系统光阑等,这些在序列系统中存在的参数在非序列系统中是无意义的。

非序列系统模型的主要分析手段是探测器光线追迹,他给出了相干或非相干光线的位置空间数据和角度空间数据。

 

混合模型存在于同一个系统中,既使用了序列光线追迹也使用了非序列光线追迹的情况。

1 进入非序列模式

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2系统设置

波长设置,点击Wav

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设置单位 

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3 创建反射镜

先产生一个用抛物面型反射镜的灯丝光源。

设置第1面

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第1面中输入以下参数

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4 光源建模

双击第2面,Type选择Source Filament(灯丝光源)

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要把光线放在抛物线的焦点处以使光束准直平行。灯丝线圈10匝,全长20mm,转弯半径5mm。

编辑器中输入:

Z Position:50

Layout Rays:20

Analysis Rays:5000000

Length:20

Radius:5

Turns:10

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5旋转光源

光源是沿着Z轴定向的,但假设想要将他的方向变沿着x轴,需要将光源物体绕着y轴旋转90度。

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 3D Layout中Settings里设置Rotation Y:90

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 可以看到灯芯是离轴状态,因为旋转轴是物体的底部,而不是物体中心。将X Position设置为-10,再次查看如下:

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 6放置探测器

表面3 Type选择设置为Detector Rectangle

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第3面设置如下:

其中Color设置为1:显示反转灰度;设置为2显示为彩色

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7跟踪分析光线探测器

打开Detector Viewer

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然后再打开Ray Trace

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点击Clear&Trace,完成后退出

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查看探测器更新结果

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查看NSC Shaded Model

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进入NSC Shaded Model设置

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更新结果

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8增加凸透镜

在探测器右侧(+Z轴上)10mm处再增加1个凸透镜镜头

将新增的第4面,Type设置为Standard Lens

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第4面参数设置

RefObject: 3(表示以探测器位置为参考对象

Z Position: 10

Material: N-BK7

Radius 1: 300

Clear 1: 150

Edge 1: 150

Thinkness:70

Clear 2: 150

Edge 2: 150

更新结果

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9增加探测器

在标准镜头右方650mm处

新增第5面,Type设置为Detector Rectangle

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第5面参数设置

RefObject: 4

Z Position: 650

X Half Width: 100

Y Half Width: 100

X Pixels: 150

Y Pixels: 150

Color: 1

更新结果

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10光线跟踪分析和偏振损耗

查看探测器,并进行光线追迹,设置如下

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点击Clear&Trace,完成后,探测器显示更新如下

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 NSC Shaded Model更新状态

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11 增加矩形ADAT光纤

在第5面的右方(+Z)20mm处增加。

新建第6面,Type设置为Rectangular Volume

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第6面参数设置

RefObject: 5

Z Position: 20

Material: Acrylic(亚克力)

X 1 Half Width: 70

Y 1 Half Width: 70

Z length:2000

X 2 Half Width: 70

Y 2 Half Width: 70

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12增加探测器

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面参数设计

RefObject: 6

Z Position: 0

Material: Absorb(吸收)

X Half Width: 100

Y Half Width: 100

X Pixels: 150

Y Pixels: 150

Color: 1

3D Layout更新如下

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13 跟踪解定位探测器

将第7面的探测器放置在光管右方10mm,因此2010mm(第7面右方10mm)

当然可以直接设置第7面的Z Position为2010mm。

或者双击第7面的Z Position,如下设置,无论6的厚度如何,会自动相对于6面加10mm

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点击OK,查看更新,P标志表示设置了跟随解。

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14 整个系统光线追迹

和之前的操作一样。追迹并查看三个探测器,以及NSC Shaded Model的更新如下:

探测器显示光管有效去除了热点,使得非相干辐射分布几乎均匀。

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