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穿越十年的一個ZEMAX光學設計案例
作者：窗臺小綠蘿
CAD，這個詞已經深入到學習、工作很多年，翻譯過來就是Computer Aided Design，計算機輔助設計。隨著計算機技術的發展，軟件能力的提升體現在更智能化。有幸作為號主的最后一期學生，看到號主的征帖，總結了昨晚七月一日課程中的內容，發散寫了這樣一個帖子。光學設計十年來，ZEMAX2009到ZEMAX2019版本，雖然看不見軟件內容的更改，但是設計中能深感體會。
帖子主要內容是：分別利用ZEMAX2009和ZEMAX2019版本設計一個5倍激光擴束系統，對比兩個年代軟件在光學設計中的變化。激光擴束系統指標：入射激光口徑為2mm，波長1064nm，5倍擴束。
1、ZEMAX2009版本設計
? ? ? ?ZEMAX2009版本， GUI界面和電子表格類似，猜想軟件初期設計理念來源于微軟的EXCEL表格。
? ? ? 第一步，輸入入瞳直徑2mm，波段1064nm，并且新建兩個平板，基礎操作，不詳細截圖了，結果如下所示。
? ? ? 第二步，直接采用系統默認的評價函數和自定義操作數DMVA，來對系統進行優化設計，另外注意的是此時采用無焦像空間模式，將兩個透鏡的曲率半徑作為變量，進行優化，如下圖所示。
采用上面定義的這樣一個評價函數，優化的結果并不理想，沒有達到實際的目的，如下所示：
? ? ? 第三步，撤銷上一步優化，回到初始狀態，利用上面的評價函數，進行錘形優化，可以看出自動錘形之后，也跳不出目前的優化極值，滿足不了設計要求，結果如下圖所示。
? ? ? 第四步，可以看出第三面或者第四個面半徑太小，實際加工也是不可能的，所以在此我們撤回，然后再添加一個操作數CVLT去控制第三面的曲率，然后重新優化，可以看出效果就理想多了，基本滿足了我們設計要求。
2、ZEMAX2019版本設計
第一步，參數設置上和老版本設置并沒有特別的區別，設置入瞳直徑2mm，波長1064nm，采用的依舊是無焦像空間模式，如下所示。
? ? ? ?第二步，將透鏡的曲率作為變量進行優化，并添加操作數DMVA，主要用于控制擴束比，當然也可以用REAY等控制，目的是一樣的，優化結果和低版本類似，也不是非常理想，結果如下所示：
? ? ?第三步，按照上面低版本優化的思路，撤銷恢復，然后利用同樣的評價函數進行錘形優化，可以看出錘形優化后結果已經和低版本第四步的結果基本一樣了，對比兩個版本最后優化的曲率半徑，基本上是一樣的，差別很小。
3、結論
? ? ? ?對于同一個案例，同樣的光學系統參數，ZEMAX2009和ZEMAX2019軟件進行優化設計，得到的數據結果基本一致，但是對于高版本更容易跳出系統的局部極值，也就是上面兩個實例中，ZEMAX2009錘形優化不能跳出局部優化的極值，而ZEMAX2019版本很容易跳出系統局部優化的極值，達到設計要求。
為了寫這個帖子，特意申請使用了號主的正版Zemax Opticstudio 19，感謝！！！
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