复消色差透镜设计：使用ZEMAX计算Au纳米颗粒的光焦度与电子能损谱

本篇文档介绍了如何使用COMSOL软件来计算纳米级Au颗粒的表面等离激元电子能量损失谱，特别是涉及到复消色差的光焦度计算。在光学设计领域，透镜设计是一个关键技能，过去常常由专业人员在昂贵的主计算机上进行，但现在随着商业化软件和PC的普及，这项技术正逐渐成为光学工程教育的一部分，以满足现代光学器件应用的需求。 章节1.1首先概述了透镜设计的重要性，强调了随着技术进步，透镜设计不再局限于专业人士，而是成为了光学教育和企业招聘中评价技术能力的标准。这门课程针对的是初级光学设计师，着重于实际操作和Zemax软件的应用。设计过程中需要的基础技术包括： 1. 入门技巧：涉及手工计算、薄透镜预设，如近轴光线轨迹方程、一级有效焦距、F数等的计算。 2. 规则技巧：命令输入、变量选择、评价函数构建和优化，以及设计分析。 3. 基本定律：理解和应用具体设计规则，如选择起始设计点、制定操作计划，还需掌握球差、彗差、象散等高级特性。 在计算光焦度时，公式（21.2）包含了三个等式和三个未知量，通过代数方法求解，首先计算行列式（21.3）和（21.4），以及其他三个相关行列式，如（21.5）。这些计算涉及到几何光学原理，包括折射率、曲率、厚度、光瞳尺寸与位置等参数。课程强调所需的数学基础，如代数、三角学、几何（平面和解析几何）以及微积分。 举例来说，图1.2展示了两个看似相同的光学系统，但通过分析，它们的质量（即色差、球差、弥散等性能）可能会有显著差异，这就需要运用上述的计算方法来评估和优化设计。计算结果能够帮助设计者准确地预测和控制纳米颗粒表面等离激元的行为，这对于理解和设计高效能的纳米光学设备至关重要。 学习和掌握复消色差的光焦度计算，尤其是在COMSOL这样的专业软件中，对于从事光学设计的学生和工程师来说，是一项至关重要的技能，能够提升产品的性能，满足现代光学产品对精密设计的需求。