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标题: 利用初级像差理论设计的一个简单例子 [打印本页]

作者: 微衍光电    时间: 2015-12-20 13:10
标题: 利用初级像差理论设计的一个简单例子
这里想展示一个如何用初级像差设计物镜头的一个过程,PWC方法结合现代设计软件和其强大的编程能力,其潜力可能超过很多人的想象。下面这个设计非常简单,但是只靠软件那也是白搭。
设计要求:
对一个单模光纤出射的激光进行准直,波长为632.8nmNA=0.15,芯径10um,出射光束口径为18mm,性能达到衍射极限
其实这就是实现一个焦距为60mm的聚焦镜头;大家都知道,对于单片透镜是无法矫正球差,对于这个案例,至少需要2片;尽管这个设计很简单,但如果完全交个软件做,看它会产生什么结果,用收敛速度最快的CodeV实验下,直接对2BK7平板进行优化,控制系统总长在80mm以内。

图1光瞳及边界条件


图2layout
默认评价函数N次优化后得如下结果,直到跑到软件极限
图3
4多次优化后得结果
从结果来看,软件还是很傻的,这么多变量,竟然一个初级球差都矫正不了,当然有很多手段稍微添加点约束,就可以领软件跑向康庄大道直奔目标;下面我们用OSLO展示下如何在短短几分钟之内,如何快速利用初级像差理论快速完成这个设计,为什么用OSLO呢,因为它的编程语言C太强大了,我们的算法都在它里面实现了,

还是从2块平板出发,系统NA0.15,我们约束第一块透镜的第一近轴出射角度为-0.22,这样的目的很明确,第二片负透镜就是用来补偿第一片的欠矫正球差,此为+-结构,为什么不采用-+结构,因为这样对于物方无穷远的负透镜来说,要贡献足够量的过矫正球差,其透镜形状会弯曲的很厉害,这种结构尽量避免,但要为了增大后工作距离就另当别论了。
5两块初始薄平板
首先通过命令getextremelen 1 S1使得第一片的SA3极小,得如下结果
6正元件初级球差极小
由图6可见,效果还是相当明显的,下面再来补偿其剩余初级球差,贡献同样量的过矫正球差,负透镜一般会有两种结构,我们选择曲率半径比较大的,如下图
7矫正初级球差
经过上面简单的两步,我们已经得到了很不错的初始结构,由上图明显看出系统的高级球差,为了效率起见,下面直接用软件的默认评价函数对其进行综合优化,即将所谓的像差平衡交给软件去搞,并使薄透镜变为实际的厚透镜,得如下结果。
8综合优化后
衍射极限的结果就这么出来了,但该设计的公差肯定也比较紧,为了让负透镜能贡献足够的过矫正量,正透镜承担的光焦度比较大了,可以对这片透镜进行分裂来放松公差,以这为基础,下面就很easy了。

以上,完毕。


作者: 微衍光电    时间: 2015-12-20 13:16

如能掌握这种方法的精髓,有助于各位跳过别人几年甚至十几年积累的设计经验
作者: 婵娟儿    时间: 2016-1-15 09:23
确实很厉害啊,最近我也在研究PWC和设计软件结合的方法
作者: kuosj    时间: 2016-5-3 16:38

作者: cxqygdn    时间: 2016-12-5 21:12
不错不错,共同学习共同进步。
作者: secretary323    时间: 2017-11-28 22:52
講解得不錯
作者: oxfocean    时间: 2017-12-15 11:07
扯淡的思路,你把实物做出来测试过了吗
作者: update    时间: 2018-1-5 10:31

作者: 轩zjw哥    时间: 2018-1-26 11:10
谢谢分享!试用看看! 先顶一下!!

作者: update    时间: 2018-2-5 10:19
很不错的理论文章,有兴趣的朋友们可以多转载。
作者: update    时间: 2018-2-6 10:15
希望广大光学人能够多发一些这样的文章。
作者: 婵娟儿    时间: 2020-3-31 12:56
楼上说的很多啊




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