zemax说明.docx
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zemax说明.docx
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zemax说明
zemax说明
一Zemax中实现倾斜的物和像平面可以采用Tilted类型的面,
其中
、
分别为面和x、y轴的夹角。
这两个角度在面属性中可以设置,表示为xtangent和ytangent。
二coordinatebreak类型的面
安排了一些面之后,接下来如果希望在新的坐标系下安排面,那么需要进行坐标转换,为了实现坐标转换,可以采用coordinatebreak类型的面,coordinatebreak类型的面有6个参数x-decenter,y-decenter,tiltaboutx,tiltabouty,tiltaboutz,order。
x-decenter,y-decenter为新的坐标原点相对旧的坐标系的位移,tiltaboutx,tiltabouty,tiltaboutz,新的坐标原点相对旧的坐标系的各个轴的旋转角度,所有角度是按照右手螺旋规则定的,大拇指指向坐标系的相应轴正方向。
当order=0时,坐标转换的顺序为x-decenter,y-decenter,tiltaboutz,tiltaboutx,tiltabouty。
当order不为0时,坐标转换的顺序为tiltaboutx,tiltabouty,tiltaboutz,x-decenter,y-decenter。
coordinatebreak类型的面是虚拟的,因此不能定义玻璃,仍然采用前面的玻璃类型,Zemax也不会画出这个面。
coordinatebreak类型的面不能作为反射面(mirror)。
一下为一个简单的例子,图中透镜2相对x轴透镜1沿x轴旋转45度,显然这个角度按右手螺旋规则是正的。
且坐标旋转是在透镜1之后100unit处开始的,旋转之后马上开始放置透镜2。
三面的倾斜与位移(tilt/decenter)
为了完成面的旋转也可以采用Tilt设置,见说明书52页。
面的倾斜与位移(tilt/decenter)设置是为了在光纤到达这个面之前或之后实现坐标系的转换。
面的倾斜与位移可以看成是一个coordinatebreak面紧接着一个实际的面再接着一个coordinatebreak面。
面的倾斜与位移的好处就是在棱镜数据中省掉了虚拟面--coordinatebreak面的设置。
设置界面如下。
位移的量及旋转的角度的规定同coordinatebreak面的规定。
在光线到达之前的decenter/tilt的顺序为x-decenter,y-decenter,tiltaboutx,tiltabouty,tiltaboutz。
当然也可以先tilt后decenter,即tiltaboutx,tiltabouty,tiltaboutz,x-decenter,y-decenter。
在光线到达之后的decenter/tilt的顺序与上面的规定一样。
在光线到达之后的decenter/tilt方式有多种选择。
1)Explicitly,单独设置decenter/tilt值。
2)Pickupthissurface,直接采用在光线到达之前的设置值,即afterSurface的设置值与BeforeSurface的设置值相同。
通常用于设置foldmirror,使光路做90度转弯。
3)reversethissurface,采用与光线到达之前的设置值相反的设置值,即afterSurface的设置值为BeforeSurface的设置值的负值。
是的坐标系又恢复到原来的样子。
4)Pickupsurface1,采用前一个面的BeforeSurface的设置值。
5)Reversesurface1,采用前一个面的BeforeSurface的设置值的负值。
4、5设置方式用于实现一系列面的decenter/tilt。
一个面采用afterSurface的设置与BeforeSurface设置之后,它的thickness是在变换之后的新坐标中度量的,其后的面将在变换之后的新坐标中放置。
4渐变折射率面
渐变折射率面有10中之多。
并不是所有的面后面都可以跟Gradient类型的面,如果一个面之后不能跟Gradient类型的面,Zemax会提示一个错误。
Gradient1.
折射率分布为
,其中,
。
共有三个设置参数
、
、
。
其中
为最大步进值,它决定了光纤追迹的速度和精度。
确定一个合适的值的步骤如下。
先设定一个较大的值,观察点列图,记下RMSspotsize值。
再将
设为原来的一半,观察点列图,考察RMSspotsize值,如果RMSspotsize值只减小很少的比例,说明新的
值是合适的;否则可以继续减小
。
过小的
值在降低光线追迹的速度时也不一定能够提高精度。
OPD追迹的收敛速度一般比光线追迹的速度慢,所以在做OPD追迹计算时最好按照上面的方法重新检验
值是否合适。
在设计的过程中应经常检查一下
值是否合适。
Gradient6.
,
其中波长的单位为纳米。
5BirefringentIn和BirefringentOut面
定义的是单轴晶体,含有一个光轴,正常折射率方向(ordinary),反常折射率方向(extraordinary)。
单轴晶体具有双折射性能,单轴晶体的具体性能一般的光学教材上有详细的讲解。
名词,Calcite:
方解石。
参数定义包括如下几个方面。
折射率的定义。
Ordinary折射率
的定义和一般的面的玻璃类型的旋转一样,extraordinary折射率
的无需设计者输入,系统将自动在Ordinary折射率玻璃的名称后加上-E,然后在数据库中找到这一名称的玻璃。
比如,BirefringentIn的GlassCatelog里面输入的是ADP(磷酸二氢铵),那么计算过程中Zemax软件将在数据库里搜寻ADP-E玻璃,并将其折射率作为
。
如果-E玻璃不存在,系统将报错。
除非计算非寻常光线,系统一般采用
计算,如计算EFL、EPD、F/#。
晶体的轴的方向。
由parameter2,3,4定义晶轴与x,y,z轴的夹角的余弦值。
比如要定义晶轴沿z轴,那么这三个参数为(1,0,0)。
这里的x,y,z轴是指BirefringentIn或BirefringentOut面所处坐标系中的轴。
追迹哪些光线。
这由parameter1定义。
取值0或2时,系统计算寻常光线(ordinary);取值1或3时,系统计算非寻常光线(extraordinary)。
系统不能同时计算ordinary和extraordinary光线。
为了方便计算ordinary和extraordinary光线,可以设置Multi-configurationlens。
相位旋转计算(phaserotationcalculation)。
当考察偏振光时需要计算相位旋转。
偏振光进入晶体中会分成寻常光和非寻常光,他们之间成很小的角度,随着传输距离的增加,这两束光之间的距离会增大而分离开来。
如果传输距离很短,那么他们就不会分开太多,如果认为他们是重合的,那么在输出端这两束光纤可以相干干涉并合成为一束光线,偏振态会发生变化。
如果parameter1取值0或1,系统就不计算相位旋转,即不计算偏振态的前述变化。
系统只计算ordinary和extraordinary光线中的一个,另一个光线所占据的能量被抛弃。
如果parameter1取值2,系统计算ordinary光线,同时计算extraordinary光线引入的相位旋转。
如果parameter1取值3,系统计算extraordinary光线,同时计算ordinary光线引入的相位旋转。
这两种情况下,系统会计算偏振态的变化。
能量没有损失。
传输特性与双折射。
光的传播方向与晶轴决定的平面称为主平面。
S方向偏振,垂直于主平面的方向;P方向偏振,平行于主平面的方向。
(注:
在教材中分别指
垂直于和平行于主平面的方向)。
S方向偏振的光无论沿什么方向传播,永远是寻常波,经历的折射率为
。
P方向偏振的光沿垂直于晶轴方向传播时,为寻常波,经历的折射率为
;沿非垂直于晶轴方向传播时,为非寻常波,经历的折射率为有效折射率,表示为
,
其中,
为光的传播方向与晶轴的夹角。
当然,当沿平行于晶轴方向传播时,不需要分S方向和P方向,可看成是是S方向的光,为寻常波,经历的折射率为
。
如果parameter1取值0,系统计算寻常光线(ordinary),此时只考虑S方向的偏振;如果parameter1取值1,系统计算非寻常光线(extraordinary),此时只考虑P方向的偏振;如果parameter1取值2,系统计算寻常光线(ordinary),此时S方向的偏振光分量的折射率取
,P方向的偏振光分量的折射率取
,并按照相位旋转计算的模式计算相位旋转及偏振态变化;如果parameter1取值3,系统计算非寻常光线(extraordinary),此时S方向的偏振光分量的折射率取
,P方向的偏振光分量的折射率取
,并按照相位旋转计算的模式计算相位旋转及偏振态变化。
BirefringentIn面的参数定义:
parameter0定义光轴的显示长度,取值0表示不显示,parameter5如果取0之外的值,那么近轴光线不考虑非寻常折射率,大多时候parameter5取0。
BirefringentOut面没有任何设置参数,BirefringentIn和BirefringentOut面的形状参数与标准面一样。
BirefringentIn和BirefringentOut面一般成对使用。
6Paraxial面。
是一个平面,相当于一个理想的透镜,通常用于汇聚平行光。
所以Paraxial面通常放置在光线被准直的面后面,这些散焦不汇聚的光通过Paraxial面之后就汇聚了,并且将Paraxial面的厚度设置为与它的focallength一样。
如果OPDmode=0,计算OPD不考虑像差。
7Toroidal,ToroidalGrating面
这两种面都是现在YZ平面内定义一条曲线,然后围绕一条平行于Y轴与Z轴相交的轴旋转,旋转半径为R,R为曲线顶点到旋转轴的距离。
R由Parameter1设定,如果Parameter1设为0,Zemax就认为旋转半径为无穷大,结果为一个沿X方向的柱面。
8Biconic面
Biconic面与ToroidalGrating面非常相似,只不过是表达式里x分量,因此无需旋转轴,且x、y分量的地位一样。
9Zemax中Sag的定义
和一般教材中的定义一致,指顶点(Vertex)与面上边缘点到光轴的投影的距离,有正负之分,符号定义同Radius。
面上不同点的Sag不同,可以这样认为,Sag指面上的点到位于Vertex与光轴垂直的平面的距离。
这里Vertex指面与光轴的交点。
Zemax中的Edgethickness的定义与Sag相关,详见说明书。
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