《Zema激光光学设计实例应用013迈克尔逊干涉仪仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Zema激光光学设计实例应用013迈克尔逊干涉仪仿真（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、013：迈克尔逊干涉仪仿真在这一节的实例中，我们要采用干涉分析等工具来仿真物理光学现象。下面，我们一边建模一边讨论。41Lens Data EditorSurf: TypeCo.RadiusThicknessGlassSemi-DiaConicParX-PowerY-FciwerOEiJSt ：diLdardInfinity50. 00. 0000. 0STOParaxial XY50.010.210.0400. 040血St ：tLdard.Infinity0.0000.0图 13-1 理想成像 LDE 编辑器列表图 13-2 理想成像结构及像差分析图列表我们先建立一个简单的理想光学成像系统
2、（4F系统），系统设置中，物方类型选择物 面数值孔径（随意设置一个合理的值）；波长为默认；视场为默认0 度。在透镜数据编辑器 中输入如图13-1所示的数据。停止面（Surface 1）的类型选择“Paraxial XY”（傍 轴光线），这样就可以将这个面设置为“理想薄透镜”。注意，“Paraxial”为旋转对称理 想透镜，“ Paraxial xy”为两轴分离理想薄透镜，可以分别设置两个轴不同的光焦度， 即单独设置一个轴就成为“理想柱面镜”其参数“x-power”和“Y-Power”分别为两个 轴的光焦度，即理想焦距的倒数。然后打开 3D Layout 查看光路结构，同时调出各种像差分析图，例
3、如点列图、光扇 图、光程差OPD图表等等，看看理想情况想的像差分析图表是什么样子的。如图13-2所 示，像差图分析结果像差均为0，点列图为理想点。再来看看理想情况下的成像效果。点击 AnalysisfImage SimulationImageSimulation打开成像仿真器，默认情况下的成像仿真为网格线条模式，如图13-3所示。fll1: Image Simulation X = -1.222, Y = 0.5929IMAGE SIMULATION: GEOMETRIC RBERRATIONSMON DEC IN 2015OBJECT HEIGHT IS 5.0000 DECREES.FIE
4、LD FO SIT ION i 0. Q0DQ. (3 .如眈 DEGCENTER: CHIEF RAYIMRCE SIZE IS 4.3b33 U X 4.3633 H (MILLIMETERS)LENS.ZMX匚口 NFIGURFITION 1 OF 1图 13-3 理想成像仿真分析（网格线条模式）点击设置菜单，更改输入文件，根据自己的喜好选择物方图像。软件自带了一个 BMP 格式的演示图片（高一点的版本才有），可以用来模拟拍照实际成像效果。参数设置如图13-4 所示，其中视场高度（Field Height）选项与系统设置中的视场类型有关，如果系统设 置中视场类型为视场角度，那么这里应该是
5、指物面对停止面 STO 的张角（全角），所以视 场高度若再设为0，则表示物面尺寸为0，可能无法看到成像。将视场高度（Field Height） 的值设为5 （度），表示物面高度（Y方向）尺寸设定为tan5*50=4.4mm。而X方向（宽 度）则根据图片的比例（像素比例）直接换算得到。设置完毕，得到理想成像系统的成像效果如图 13-15所示，成像比例一比一，清晰度和原图一样。如果你要采用自己感兴趣的仿真图片，可以自己将BMP格式的图片放在IMAFlleS文件目录下即可。图 13-4 成像仿真分析参数设置（照片演示模式）IMAGE SIMULATION: GEOMETRIC ABERRflTION
6、SMON 肚衣14 20IEOBJECT HEIGHT IS.5. Q000 uEGREES ,FIELIj POSITIONi 0.Q00Q.DEGentER: CHIEF pflYIMAGE SIZE IS E.8178 U X 4.3633 H (MILLIMETERS)LENS.EH迖匚 UNF 工 GUEFIT 工 CiN 1 CF 1图 13-5 理想成像仿真分析(照片演示模式)接下来，我们要采用干涉分析来检验像面的波前特性。在主菜单点击 An alysis WavefrontInterferogram打开干涉分析图像。这时候，我们发现没有任何干涉图像。 为何？那是因为这里我们将像
7、面放在了理想成像系统的最佳像面处，这时各种像差为 0，点列 图为理想点，因此是无像差光学系统，波前光程差为0，无干涉图样出现。但是如果将像面位置偏离理想像面，这时就存在像差了离焦。将 Surface 2 的 厚度由50 改为50.1，并打开干涉图样参数设置对话框，如图13-6 所示，设置好参数。 注意，我们看到参数设置中有两个光束选择选项，分别为Beaml和Beam2,因为干涉必须 是两束光，其中一束是设计光路中的光束，还有一束是默认的参考光束(Referenee)。图 13-6 干涉图像仿真参数设置fil1: InterferogramINTERFEROGRAM BETWEEN REFERE
8、NIZE BERM AND 匚口NFIGURflTION 1WED DEC： IE 2Q1E0,t228 fia RT 0.0000. 0.QD0Q DEG.PERK TO UALLEY = fe.2720 WAUES. FRINGES/UAUE = 2.0D0Q SURFACE: IMAGEEXIT PUPIL DIAMETER : 2.0H L2E4-00L MILLIMETERSXTILT = 0.B0d YTILT = 0.B0.1.00000.90000.80000.?0000.60000.50000.H0000.30000.20000.10000.0000LENS.ZMX图 13-
9、7 干涉图像仿真分析设置好参数，确认返回图像窗口，得到如图 13-7 所示的干涉图样。这是典型的牛顿环干涉图样。为了逐步深入，我们再来看看两束设计光路的干涉情况。要用到多重结构。如 图所示，输入 LDE 编辑器面型数据，物方设为物面数值孔径0.2，其他系统参数可以默认。Surface 1和Surface 2分别为焦距不同的理想柱面镜准直，Surface 3为理想透镜聚焦，如此可以获得一个椭圆光斑(离焦的时候)。图 13-8 理想系统 LDE 编辑器列表然后打开多重结构编辑器，增加一个结构，将两个柱面镜改为单个理想圆透镜准直，使 得聚焦光斑为圆形对称。如图13-9所示。然后打开报告图表(Repo
10、rt Graphic 4)设 置参数使其分别显示光路结构和离焦光斑点列图，如图13-10 所示，结构1 为椭圆光斑， 结构 2 为圆对称光斑。 然后再次设置参数， 将上面两个子图改为干涉图样(Interferogram),且分别与参考光束干涉，如图13-11所示。图 13-9 多重结构编辑器列表可见，结构 1 和结构 2 的参考光干涉图样均为牛顿环，只不过结构 1 为椭圆形牛顿 环。也就是说，当结构1 和结构 2 分别与参考光进行干涉的图样不同时，两个结构之间才 能形成干涉图样，否则完全相同的像差分布的结构之间是不产生干涉图样的。接着，我们再打开新的一个干涉图样分析窗口，将干涉光束Beam 1
11、和Beam 2分别 设置为结构1和结构2,并将使用出瞳形状(use Exit Pupil Shape)去掉勾选，比 例因子设为5以方便看到范围更大的干涉图样。最终得到如图1 3 - 1 2 所示的干涉图样，即 结构 1 和结构 2 所干涉形成的图样为条纹。这里需要注意的是，像面位置仍然不能放在理想汇聚点，否则可能也无法看到干涉图样； 不过若是采用实际的透镜代替理想透镜，因为像差的存在，像面放在任何位置应该都能看到 干涉图样。图 13-10 结构 1 和结构 2 的光路及光斑点列图图 13-11 结构 1 和结构 2 的干涉图及光斑点列图图 13-12 结构 1 和结构 2 的相互干涉图前面说过
12、，干涉是两束光束相互作用，并且这里不再是参考光束与设计光束之间干涉所以也会用到多重结构，先建立一个基础光路结构（Config 1）。如图13-13所示，输入透镜面型数据，系统参数中，采用物空间数值孔径NA0.2。Surface 1和Surface 2为两个理想柱面镜，将光束准直为椭圆光斑。其后有两个反射镜，用来改变光路方向，最后一个理想透镜聚焦，像面放在离焦位置。如果想更真实一些的话，可以将最后一个理想透镜用实际透镜替代。Lens Data Editor: Config 1/2Surf: TypeRadiusThicknessGlassSemi-DiamConicParPar 1 (unPar
13、 2 (unPar 3 (unusOBJSt andardInfinity25.0000. 0000. 0STOParaxial XY25.00015.000U0. 0000. 0402Paraxial XY0. 00015.000U0. 0200. 0003St andardInf mit y50.0005. 1030. 04Coordinat0. 0000. 0000. 0000. 00045. 0005*St:atidardInf mit y0. 000MlffiOR15.000U0. 06Coordinat-50. 000. 0000. 0000. 00045. 000P7Coordinat0. 0000. 0000. 0000. 0000. 0008*St:ELtidardInf init y0. 000MIFOR15.000U0. 09Coordinat100.000. 0000. 0000. 0000. 000P10Paraxial0. 0005. 10325. 00111St andardInf init y25.0505. 1030. 0
