基于ZEMAX的红外光学系统设计与优化

阐述了该光学系统研究的意义,确定了基本设计原则。然后进行了平行光管和望远镜的高斯光学结构模型及设计,建立了具体的数学模型并进行求解。最后根据目标耦合光路结构,利用ZEMAX软件对该光学系统进行了优化设计,对优化结果进行了像质评价,得出了结论。该系统解决了红外光学精确制导系统动态跟踪特性的内场测试的一系列问题,促进了红外黑体跟踪目标地面等效测试的发展,对提升仿真试验技术能力提供了重要的硬件支撑。     

ZEMAX在多模光纤准直器设计中的应用

利用ZEMAX软件进行多模光纤准直器的设计.在ZEMAX开发环境下建立多模光纤准直器光路系统的理论模型,通过人工优化的方法,设计并制作了可调焦的多模光纤准直器.仿真结果与实际结果相一致,证实了利用ZEMAX进行多模光纤准直器设计的可行性和准确性.利用所建立的模型,分析了各种因素对光纤准直器耦合效率和准直度的影响.     

基于ZEMAX的拉曼激光雷达几何因子的模拟分析

激光雷达在接收大气回波信号时,近场信号由于望远镜视场角的限制不能完全接收,这对于侧重于接收大气对流层信号的拉曼激光雷达是不利的。激光雷达方程引入几何因子的概念描述回波信号的接收效率。从几何光学的角度,对拉曼激光雷达的几何因子进行了分析,对比光线追迹法求解的几何因子,两者重合度很高.为提高光纤耦合拉曼激光雷达在近场的接收效率,研究了光纤在轴向和侧向上的位移对接收效率的影响,并提出了侧向偏移光纤与以往传统的倾斜望远镜在提高近场回波信号上的一致性,有效地提高了窄视场角拉曼激光雷达系统的光学接收效率。     

基于ZEMAX的半导体激光器匀光设计

为了满足半导体激光器能量均匀化的应用需求,基于ZEMAX光学设计软件设计了一套光束整形匀光系统。采用非球面镜与倒置柱面镜望远系统的透镜组合对单模半导体激光器进行准直,得到近似高斯圆光斑;在推导了基模高斯强度分布的匀光投影半径的基础上,利用ZEMAX优化得到两个非球面镜组成的匀光透镜组,在一定范围内可获得能量均匀度达96%以上的圆光斑。同时,实现了一个大功率半导体激光器光纤耦合模块的能量匀化设计,满足对能量匀化要求较高的应用。结果表明,该研究为半导体激光器能量均匀化的应用提供了有效方法。     

基于ZEMAX的半导体激光准直仿真设计

为了压缩905nm的半导体激光,以用于远程测距,采用几何光路原理,设计了由两个相互垂直的椭圆柱面透镜组成的准直系统,并在ZEMAX软件的非序列模式下实现仿真。半导体激光器快慢轴的初始发散角为30°和15°,经过柱面透镜后,半导体激光器两个方向的发散角都大大压缩;经准直后,激光束的快慢轴发散角分别为4.4mrad和3.6mrad,基本满足了远程测距的要求。结果表明,椭圆面柱透镜对半导体激光有很好的准直作用。     

半导体激光器双波长光纤耦合模块的ZEMAX设计

为了发挥单管半导体激光器的优势,获得光纤耦合模块多波长、高功率、高亮度的光束输出,利用ZEMAX软件仿真模拟,设计了一种单管光纤耦合模块。此模块将32支输出波长分别为915 nm、975 nm,输出功率为15 W的单管半导体激光器,经过微透镜组快慢轴光束整形、空间合束、偏振合束、波长合束以及光束聚焦等一系列工艺后,耦合进芯径200 m、数值孔径0.22的光纤。模拟结果显示,光纤输出功率467.46 W,光纤前后耦合效率大于98.47%,总耦合效率高于97.39%,光功率密度高于12.86 MW/（cm2sr）,达到了泵浦激光器和功率型器件的性能要求。使用Solidworks软件设计了相应的底板结构,并结合ANSYS软件进行散热模拟分析,结果显示该模块散热性能良好,可行性较高。     

ZEMAX软件在光学理论教学中的应用

本文将光学软件ZEMAX引入课堂,与理论教学有机结合,可将复杂的初级像差、高级像差公式变得更直观,能便捷、精确的得到量化的像差值及像质评价结果,有利于加深学生对抽象、复杂的像差概念的理解,扩大学生的感性认知,激发其学习兴趣并夯实理论基础,改善了教学效果.     

基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计

为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题,根据几何光学原理,分别针对半导体激光器弧矢和子午方向的不同发散角度建立数学模型,设计出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的非球面透镜,并在ZEMAX光学设计软件中进行了仿真。经非球面准直透镜准直之后,半导体激光器快慢轴方向的发散角分别从35°和7.5°压缩到了1.8 mrad和0.84 mrad,在距离光源10 m处接收面上的总光功率为0.497 W,光能利用率高达99.4%。结果表明,在相互垂直的方向上具有不同面型的非球面准直透镜对半导体激光器的准直具有良好的效果。     

基于ZEMAX软件设计的半导体激光无源光纤耦合系统

为了克服有源耦合装置繁多、调整难度大以及耗时长的缺点,借助于ZEMAX软件,通过人工优化的方法,设计出了使用柱透镜进行无源光纤耦合时的最佳耦合系统,给出了系统的数据表、点扩散函数(PSF)图、三维图、全视场点列图和远场光斑仿真图.并根据ZEMAX仿真得出的定位尺寸,借助于精密光刻技术和先进硅工艺,制作出了高效的光纤耦合模块,实现了半导体激光器与光纤的无源耦合.这种方法的最大耦合效率可以达到81%,基本接近有源耦合时的最大值85%.     

基于ZEMAX的半导体激光准直镜设计方法研究

针对目前采用单个球面镜压缩激光时存在发散角效果差或者球面镜片数过多的问题,通过ABCD矩阵法从理论上对高斯光束经过单透镜时的传输特性进行了分析,得出了单透镜无法实现半导体激光光束理想准直的结论。提出了一种基于ZEMAX的半导体光源准直镜的设计方案,并给出了设计与优化方法。结合工程中常用的808nm半导体激光器,设计了双片型808nm半导体激光准直镜,并在ZEMAX中使用合适的优化函数和权重对像差进行了校正。通过采用非球面镜获得了较好的准直效果,发散角达到了0．032mrad。该设计使用的镜片数较少,结构简单。     

使用ZPL宏指令辅助设计离轴三反射镜系统

由于离轴三反射镜系统拥有视场大、无色差、适用温度范围宽、对材料无限制、无中心遮拦、可轻量化设计等一系列优势,在航天遥感中正被越来越广泛地应用.结合常用光学设计软件ZEMAX的Macros功能,通过将自己编写的ZPL宏指令加入系统评价函数中来限制离轴三反优化过程中的挡光问题,并给出了具体的设计、使用步骤.     

ZEMAX软件在曝光光源设计中的应用

以光学设计软件ZEMAX为依托,结合曝光光源设计思路,并以实例展示设计方法和描述它的实用性,利用ZEMAX计算机辅助设计分析了曝光光源的鬼点。     

基于光波导的高耦合效率垂直耦合结构设计

针对目前光电印制板(OEPCB)中光电器件与光波导对接的垂直耦合结构耦合效率较低的问题,分析了传统嵌入式45°反射微镜的垂直耦合结构,提出了一种新的垂直耦合结构,经Matlab仿真验证其具有更高的垂直耦合效率。研究表明,新结构对光电对准精度要求不高,受传统PCB制作工艺的层压的高温高压影响更小、便于兼容传统PCB制作工艺。     

基于ZEMAX的2100万像素手机镜头设计

通过ZEMAX光学设计软件优化设计,得到了一款超薄尺寸2100万像素手机镜头.此镜头由1个红外滤光片和4片光学塑料非球面透镜组成,镜头焦距为3.5 mm,光圈值F为2.4,视场角为68°,镜头总长为4.8 mm,同时采用Sony公司的IMX230型号2100万像素图像传感器.优化后镜头极限分辨率为446 lp/mm,中心视场调制传递函数(MTF)值在奈奎斯特频率223 lp/mm处大于0.53,在奈奎斯特频446 lp/mm处大于0.22,0.7视场MTF值在奈奎斯特频率223 lp/mm处大于0.5,在奈奎斯特频446 lp/mm处大于0.17,镜头各视场的弥散斑半径都小于1.5μm,最大场曲小于0.04,最大畸变小于2%,大部分视场相对照度大于60%,成像质量良好.     

光谱吸收的煤矿瓦斯光纤传感气体分析

分析了气体光谱吸收基本原理,研究了一套光纤传感瓦斯系统,应用于某超化煤矿试验,并取得良好效果.指出基于光谱吸收的煤矿瓦斯光纤传感器,可用于对煤矿瓦斯气体进行大范围监测,也可在线连续监测井下瓦斯气体,其具有广阔的应用前景.