工程光学考试复习

1、Rayaberration：光线相差2、Transverse：横向的3、Defocus：离焦4、Curvature：曲率5、Aplanatic：消球差的，等光程的6、OpticalPerformance：光学性能7、Diffractiondisk：衍射环8、OPD：OpticalPathDifference，光程差9、Paraxial：旁轴10、Dispersion：色散11、Magnification：放大率12、PupilSize：孔径大小13、MTF：ModulationTransferFunction。调制传递函数。14、Concentric：同心的，同轴的，会聚的15、Miscellaneous：混杂的16、Fieldcurvature：场曲17、Edgethicknesssolves：边界厚度解决方案18、Secondordereffect：二级效应。19、Entrancepupildiameter：入瞳直径。20、Chromaticaberration：色差21、coefficient：系数22、Criteria：标准1、LDE中半径、厚度和半径口径使用最多。2、Zemax一般用微米作为波长单位。3、有S形变曲的光学特性的玻璃，一届色差可被矫正；有S形变曲的光学特性曲线是典型的用离焦平衡球面镜片的例子。光学特性曲线原点处的斜率对于每个波长是大致相同的，这表示每一个波长相对离焦是很小的，但斜率不为0，隐含了离焦被用来平衡球差的意思。4、抛物线能够很好的矫正所有阶的球差。5、光阑放在主曲率半径的中心，这是为了排除场像差（如慧差），这是schmidt设计的特点。6、Defaultmeritfunction中的Rings表示光线采样的密度。7、EVENASPHERE面型允许为非球面校正器指定多项式非球面系数为了矫正色球差，需要用轴上颜色来平衡它，即在同一种像差中，用低阶像差来平衡高阶像差。8、注意所有的倾斜和偏心处理都在厚度改变之前。9、Solves是一些函数，它的输入变量为curvature，thickness，glass，semi-diameters，conics10、F/#就是光由无线远入射所形成的efficientfocallengthF（有效焦长，EFFL）和paraxialentrance的直径的比值。若要设计F/4的透镜，即F/#=4，aperture=100/4=25mm(100为焦距)11、初始时，LDE的3个面依次为：OBJ、STO、IMA。OBJ:光源；STO：aperturestop（通常第一面镜就是STO）；IMA：就是imageplane，像平面。12、RayFan图，纵轴为EY的，即是在Y方向的aberration，即YZ平面（子午面）。同理，X方向的aberration成为XZplane（弧矢面）13、单透镜的四个面：物平面、前镜面、后镜面、像平面。14、一个双镜片是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的curvature。1、ZEMAX是什么？有什么功能、特点？答：ZEMAX是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。(1)分析提供多功能的分析图形，对话窗参数选择，方便分析，可将分析图形存成图文件，如BMP、JPG等，也可存成文字文件txt．(2)优化表栏式meritfunction参数输入，对话窗预设meritfunction参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如LocalOptimization可以快速找到佳值，Global/HammerOptimization可找到最好的参数。(3)公差分析表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。(4)报表输出多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。2、Editors菜单下的三个选项MeritFunction（优化函数）、Multi–configuration（多重数据结构）、ToleranceData（公差数据）的作用？答：Meritfunctioneditor:优化时，定义和编辑meritfunction；优化是以使系统绩效函数(meritfunction)的总值达到最小为基础。简单的说，绩效函数为一种对一个理想光学系统的数值描述。重要的是，绩效函数代表光学系统的要求性能。对于既定的设计，可以适当的选用好几个预设的绩效函数。对于成像系统，绩效函数可用来特别地针对减小光学像差，藉由限制光线在成像面上的延伸，或使从理想球面的系统波前偏差减至最小。当执行优化时，ZEMAX对任何使用者建构的系统或表面参数，决定最理想的值。几乎任何参数，包括曲率、厚度、玻璃特性、非球面系数和视场或波长资料，皆可设为变数。可以对可接受的参数值范围内下限制，以确保可以轻易的建构一个合理的系统。Multi-Configurationeditor：为变焦镜头和其它多重结构系统定义多重结构参数；一个多重组态的设计是参照一光学系统，其系统是经由多于一种的模式或结构来分析。对于多重结构的分析，最普遍的应用之一就是变焦镜头(zoomlens)，其可允许光学组件的位置以焦距或放大率为函数做改变。多重组态系统的设定与单组态系统设定非常类似。多重组态编辑器是用来表示那些在不同组态间变化的设计参数。对于这个设计，需要三种组态：第一个组态将建构整个系统，以致于能在底片闸(filmgate)上决定均匀度。第二个组态将用来优化相匹配的准直镜和聚光镜的光学组件。第三个组态将用来决定焦距和透镜数组的间隔。ToleranceDataeditor：定义和编辑公差数据；公差分析将有系统地分析些微扰动或色差对光学设计性能的影响。公差分析的目的在于定义误差的类型及大小，并将之引入光学系统中，分析系统性能是否符合需求。Zemax内建功能强大的公差分析工具，可帮助在光学设计中建立公差值。公差分析可透过简易的设罝分析公差范围内，参数影响系统性能的严重性。进而在合理的费用下进行最容易的组装，并获得最佳的性能。公差值是一个将系统性能量化的估算。公差分析可让使用者预测其设计在组装后的性能极限。设罝公差分析的设罝值时，设计者必须熟悉下述要点：选取合适的性能规格定义最低的性能容忍极限计算所有可能的误差来源(如：单独的组件、组件群、机械组装等等…)指定每一个制造和组装可允许的公差极限3、怎么用ZEMAX来光学设计？答:1、跟据设计要求，获取透镜参数（例如：等效焦长、视场角）。2、参考别人的设计经验、专利、文献，找到与自己相似的模型。3、等比例放大或缩小模型，得到初始模型。4、建立变量和约束。变量包括：曲率半径、厚度、空气隙、玻璃特性；约束可能是相关。结构，如长度、半径等，或者是光线角度、F数等具体的参量。5、保持对称性的条件下进行优化（根据要求加入操作数）。6、评价设计结果，Layout查看设计效果。7、重复步骤4和5直至满足设计要求。如果结果不满足条件，通过添加或分离原件、变化玻璃种类等来修改设计，然后再进行步骤5。8、打破对称性的限制，进行优化。9、进行公差分析，估计结果误差——透镜加工、机械结构与装配要求。4、如何插入牛顿望远镜的反射镜，以及该塞格林望远镜的挡板、反射镜角度的调整？答：以一个1000mm，F/5的newtontelescope为例。设计在光阑面前加入一个面，thickness设为900，双击standard，选择circularobscuration，MaxRadius设为40——OK，即完成了挡板的插入。在像平面之前插入一个面，thickness设为-200，Tools——AddFoldMirror——Foldsurface设为刚插入的面，角度默认为90°——OK，即完成了反射镜的插入。以10英寸的孔径，10英寸的后焦距的schmidt-cassegrain为例设计的schmidt-cassegrain望远镜中总共有两个MRROR，双击第二个MIRROR的standard，把ApertureType选成circularAperture，MinRadius输入1.7，表示所有的光线传过表面是离轴距离必须大于1.7英寸，即主反射面的缺口。将MaxRadius改为6。即完成了平面镜的开孔，孔的半径为1.7英寸单击第二个MIRROR，按下Insert键，在校正面和反射面之间插入一个新的面，将第二个MIRROR的厚度改为20，把surface2的面的厚度由60改为40，新插入面的standard上双击。将ApertureType设为circularobscuration，并将MaxRadius设为2.5，即完成了挡板的安放。STO的thickness设为100。Aperturevalue设为20——OK。在IMA上点击一下，按Insert键三次，将surface1的thickness改为30，在surface3的Glass中输入MIRROR，把surface4的thickness改为-70。双击surface2和4，把surfacetype改成coordinatebreak。在surface4的TiltaboutX中双击，选择pickup作为solve类型，把fromsurface设为2，scalefactor为1。在surface2的TiltAboutX列中输入45，即完成了反射镜角度的调节。5、赛德勒系数分析SeidelAberrationCoefficient：赛德勒相差系数。例如：SPHA球差、COMA彗差、ASTI像散、FCUR场曲、DIST畸变、轴向色差CLA（CL）、横向色差CTR（CT）SeidelAberrationCoefficientinWaves：用波长来表示塞德勒相差TransverseAberrationCoefficient：横向相差系数LongitudinalAberrationCoefficient：纵向相差系数WavefrontAberrationCoefficientSummary：波前相差系数概况6、什么是MTF，传递函数的定义？答：MTF是表示各种不同频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后，其对比度的衰减程度，是利用光学传递函数来评价光学系统成像质量的主要方法。传递函数的定义：若把光学系统看成是线性不变系统，那么物体经过光学系统成像，可视为物体经光学系统传递后，其传递效果是频率不变的，其对比对下降，相位要发生推移，并在某一频率处截止，即对比对为零。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的，其函数关系我们称为光学传递函数。7、简述telescope设计过程（潜望镜）答：以newtontelescope为例。设计一个1000mm，F/5的望远镜。1、光阑面的半径输入-2000，thickness设为-1000（负号表示通过镜面折射后，光线往“后方”传递），conic设为-12、光阑面的Glass设为MIRROR。3、System——General——ApetureValue输入200——OK4、使用ZEMAX的默认波长550nm和视场角0°5、Analysis——SpotDiagrams——Setting——showScale中选择AiryDisk——OK6、由于入射的光束为200mm宽，需要的像平面至少要离开光轴100mm，选择200mm，因此折叠面必须距主反射面有800mm，将STO的thickness改为-807、在像平面之前插入一个面，thickness设为-2008、Tools——AddFoldMirror——Foldsurface设为2——OK9、用三维图形来查看OpticalPerformance10、在光阑面前加入一个面，thick