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穿越十年的一个ZEMAX光学设计案例

作者：窗台小绿萝

CAD，这个词已经深入到学习、工作很多年，翻译过来就是Computer Aided Design，计算机辅助设计。随着计算机技术的发展，软件能力的提升体现在更智能化。有幸作为号主的最后一期学生，看到号主的征帖，总结了昨晚七月一日课程中的内容，发散写了这样一个帖子。光学设计十年来，ZEMAX2009到ZEMAX2019版本，虽然看不见软件内容的更改，但是设计中能深感体会。

帖子主要内容是：分别利用ZEMAX2009和ZEMAX2019版本设计一个5倍激光扩束系统，对比两个年代软件在光学设计中的变化。激光扩束系统指标：入射激光口径为2mm，波长1064nm，5倍扩束。

1、ZEMAX2009版本设计

       ZEMAX2009版本， GUI界面和电子表格类似，猜想软件初期设计理念来源于微软的EXCEL表格。

      第一步，输入入瞳直径2mm，波段1064nm，并且新建两个平板，基础操作，不详细截图了，结果如下所示。

      第二步，直接采用系统默认的评价函数和自定义操作数DMVA，来对系统进行优化设计，另外注意的是此时采用无焦像空间模式，将两个透镜的曲率半径作为变量，进行优化，如下图所示。

采用上面定义的这样一个评价函数，优化的结果并不理想，没有达到实际的目的，如下所示：

      第三步，撤销上一步优化，回到初始状态，利用上面的评价函数，进行锤形优化，可以看出自动锤形之后，也跳不出目前的优化极值，满足不了设计要求，结果如下图所示。

      第四步，可以看出第三面或者第四个面半径太小，实际加工也是不可能的，所以在此我们撤回，然后再添加一个操作数CVLT去控制第三面的曲率，然后重新优化，可以看出效果就理想多了，基本满足了我们设计要求。

2、ZEMAX2019版本设计

第一步，参数设置上和老版本设置并没有特别的区别，设置入瞳直径2mm，波长1064nm，采用的依旧是无焦像空间模式，如下所示。

       第二步，将透镜的曲率作为变量进行优化，并添加操作数DMVA，主要用于控制扩束比，当然也可以用REAY等控制，目的是一样的，优化结果和低版本类似，也不是非常理想，结果如下所示：

     第三步，按照上面低版本优化的思路，撤销恢复，然后利用同样的评价函数进行锤形优化，可以看出锤形优化后结果已经和低版本第四步的结果基本一样了，对比两个版本最后优化的曲率半径，基本上是一样的，差别很小。

3、结论

       对于同一个案例，同样的光学系统参数，ZEMAX2009和ZEMAX2019软件进行优化设计，得到的数据结果基本一致，但是对于高版本更容易跳出系统的局部极值，也就是上面两个实例中，ZEMAX2009锤形优化不能跳出局部优化的极值，而ZEMAX2019版本很容易跳出系统局部优化的极值，达到设计要求。

为了写这个帖子，特意申请使用了号主的正版Zemax Opticstudio 19，感谢！！！

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