Zemax激光高斯光束仿真
_____开题报告 学生：陈琪 物理与信息工程学院
指导老师：陈翔宇 江汉大学
一． 研究的目的和意义
激光自60年代初问世以来，由于其亮度高、单色性好、方向性强等优点，在许多领域得到了广泛应用。例如激光加工、激光精密测量与定位、光学信息处理和全息术、模式识别和光计算、光通信等。但无论激光在哪方面的应用，都离不开激光束的传输，因此研究激光束在各种不同介质中的传输形式和传输规律，并设计出实用的激光光学系统，是激光技术应用的一个重要问题。
激光具有方向性好能量散射少接近与单色光单位面积能量高等优点所以在光纤通信材料加工等方面有广泛应用。
光作为目前应用领域不论是在工业切割还是在医学光子领域各种各样的场合越来越需要引进这种光源。但由于激光具有单位面积能量高不易进行实物实验；还有就是各种光学元器件价格昂贵为了减少损失各种光学模拟软件应运而生。 光学模拟软件可以极大程度的还原真实的实验过程可以做各种各样的光路模拟波形仿真。
Zmax作为一款光学模拟软件其具有上手容易功能强大基本可以满足光学设计要求。
二． 国内外现状及发展趋势
Zmax作为一款光学模拟软件其具有上手容易功能强大基本可以满足光学设计的要求，目前市面上主要的光学辅助设计软件有
■ Zemax （光学设计软件） ■ TracePro（光学仿真软件） ■ ASAP（光学仿真软件） ■ LightTools（光学仿真软件）
■ CODEV (Optical Research Associates ) ■ OSLO （ Lambda光学设计软件）
? ZEMAX 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。
? OSLO 是处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。
? CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，
价格相当昂贵。
? TracePro 是能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。 ? ASAP：世界各地的光学工程师都公认ASAP（Advanced Systems Analysis Program，
高级系统分析程序）为光学系统定量分析的业界标准。ASAP的分析功能包括照明分析、辐射度测量、偏振、光纤耦合效率、干涉测量、杂光分析（散射和鬼影分析）、成像质量及薄膜镀膜性能分析。
? LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,在系统初步
设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各
部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，成为人们理想的工具。
ZEMAX已经成为当今使用最普遍的光学设计软件之一 ※ 市场占有率：80~85% ※ 全球已经销售了两万多套 ※ 台湾地区已经销售600多套 ※ 我国大陆地区已经有300多套。 市场应用
※ 应用范围：
? 传统相机、数码相机、内窥镜等光学镜头的设计 ? DVD、VCD读写头 ? 投影系统，背投电视 ? 照明系统 ? 干涉仪 ? LED
? Laser diode
? 光通信器件设计等等… Zemax使用群
※NASA美国太空总署,Sandia 国家实验室, U.S.Army军队, HP, Motorola… ※中国台湾地区:电子所,中科院,大学…以及扫描仪,相机,望远镜,投影机等制造商.
※中国大陆：光学、光电研究所，大学，光学公司，光学加工厂，从事光学镜头、条形码、投影仪、背投影电视、光通信器件、VCD及DVD读写头等的设计的公司。 ZEMAX简介（I）
? Focus Software 公司产品——光学镜头设计和光学系统分析软件 版本有三个等级：
＊ZEMAX—SE(标准版) ＊ZEMAX—XE(完整版) ＊ZEMAX—EE(专业版)
?每年有数次版本更新，可以到ZEMAX的网站上下载更新
?界面友好，容易上手；资料丰富，既可以直接选择，又可以自定义； ?可建立反射、 折射、衍射及散射等光学模型； ?可进行偏振、镀膜和温度、气压等方面的分析 ? 具有强大的像质评价和分析功能；
? 丰富的资料库，有现成的镜头和玻璃、样板数据，可供用户选择； ? 大部分窗口都提供在线帮助,方便随时获取相关功能的在线解释和帮助；
三． 研究课题
本课题主要是研究zemax软件的使用以及熟悉一下操作实践
1）根据自己要设计的系统，先有一个大致的光学结构。 2）从手册查阅，找到类似的光学结构。
3）输入系统，然后优化这个系统知道自己满意。分析功能得到系统的预期。主要需要使用的是，
点图，就是spot diagram.这个可以看出最后系统的点好坏。波面图，就是OPD fan，这个可以看出设计的系统在出瞳位置的波面差
还有就是MTF，zemax的mtf有两种，一种是衍射的，一种是几何的，一般来说在OPD超过5个波长的时候几何的比较常用其余的就是优化的时候如何能调整优化参数。最后可以通过公差torlrance对未知的系统成品
四． 进度计划
我的论文设计工作主要分三个阶段，设计前期主要是搜集论文所需的各种资料和进行方案论证，中期进入各项实际制作，最后完成毕业设计报告的写作。
其时间安排大体如下： （1）.收集资料1周。
（2）.了解并掌握zemax软件工作原理及方法4周。 （3）.对半导体激光器进行调谐实验2周。 （4）.记录并整理数据2周。 （5）.撰写毕业论文2周。
五．最终目标
经过长期而细致的资料收集，对课题的原理及研究应用达到熟悉和掌握，同
时能够熟练使用半导体激光器，掌握它的几种调谐技术，能够自主测量数据，并作出分析。最后能够完整撰写出毕业论文，并且能够完成毕业答辩。