透镜设计：有效焦距与纳米颗粒等离激元光谱计算

本篇文章主要探讨了在使用Comsol软件计算Au纳米颗粒表面等离激元电子能量损失谱时，如何通过依赖于有效焦距的底版大小和视场分布来理解和优化透镜设计。透镜设计在现代光学工程中变得更为普遍，不再局限于专业人员，而是通过易于使用且功能强大的商业软件如Zemax得以普及。本文以初级透镜设计课程为背景，针对初学者介绍了关键概念和技术。 1.1.1 透镜设计的目的在于实现特定光学性能，如聚焦、成像或光路控制。随着技术进步，透镜设计不再仅限于大型昂贵设备，而是进入了普通光学工程师的工作范畴。课程着重于实用，以Zemax软件为基础，要求学生具备一定的数学基础，如代数、三角学、几何及微积分。 1.1.2 课程内容包括入门技巧、设计规则和基本定律。入门技巧包括手算近轴光线轨迹和一级透镜参数（如有效焦距、F数、像的位置和大小等），而规则技巧涉及软件操作，如变量选择和设计优化。设计的基本定律则涵盖了透镜设计的核心原则，如选择合适的起始参数和制定操作策略。 1.2.1 图1.2展示了两个看似相同的光学系统，但质量却有差异。这里强调了设计过程中对细节的关注，即使相同的物距和焦距，不同的透镜结构可能会导致不同的光学效果，如球差、彗差和畸变等。 图1.7阐述了有效焦距对底版尺寸的影响，以及底版角与半视场角的关系，这对于理解和设计具有实际意义。小的F数意味着较大的光学直径，这在选择透镜尺寸时是关键因素。 1.3 在整个课程中，学生还将学习如何运用Zemax进行透镜设计，包括但不限于输入命令、评估设计质量和执行优化。掌握这些技能对未来的光学工程师来说至关重要，因为它们不仅有助于理论学习，还能应用于实际的光学元件设计和工程实践中。 本文的核心知识点围绕透镜设计的基础理论、软件应用（如Zemax）、重要参数的计算（如有效焦距、F数等）以及实际设计过程中的关键技术。通过学习和实践，学生将能够理解和优化纳米尺度下Au粒子的表面等离激元效应，从而提升光学系统的性能。