zemax说明.docx

zemax说明.docx

《zemax说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《zemax说明.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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。