ZEMAX光学设计初学手册：从入门到实践

"ZEMAX初学手册是一个详细介绍光学设计软件ZEMAX使用方法的教程，由蔡长青和黄晓龙共同编撰，适用于初学者进行光学系统设计的实践练习。手册包括七个习作，旨在帮助用户掌握ZEMAX的基本操作和光学系统设计原理。" ZEMAX是一款强大的光学系统设计软件，被广泛应用于光学仪器的设计和分析。本手册通过详细的步骤指导用户了解和使用ZEMAX，涵盖了从启动软件到完成复杂设计的全过程。 在手册的"习作一：单镜片(Singlet)"部分，读者将学习如何启动ZEMAX，设置波长、镜头数据，生成光线图（Ray Fan）、相位差图（OPD）、斑点图（Spot Diagrams），以及如何定义厚度求解器（Thickness Solver）和变量，进行简单的光学设计优化。这一阶段的目标是设计一个F/4的单镜片，焦距为100mm，材料为BK7，适用于可见光谱。 在设计过程中，首先要利用Lens Data Editor (LDE)设定工作环境。LDE是ZEMAX中用于编辑镜头参数的重要工具，可以设定镜片的曲率半径、厚度、尺寸和位置等关键属性。接着，在"System"菜单下选择"Wavelengths"来输入不同波长，如氢原子F-line的0.486微米，以及其他常见波长。选定主波长后，ZEMAX会根据这些波长计算近轴光学参数，如焦距、放大率和瞳孔尺寸。 F/#（光圈数）是光学设计中的一个重要概念，它定义了透镜的有效焦距（F）与其近轴入射瞳孔直径的比例。在本例中，F/#=4意味着设计的透镜具有较宽的光束，允许更多的光线通过，从而可能提高系统的通光量和成像质量。 通过这个初学手册，读者不仅可以熟悉ZEMAX的操作界面，还能深入理解光学设计的基本概念，如波长选择、焦距计算、光圈设计等。此外，手册还鼓励用户进行实践，通过解决实际问题提升光学设计能力。随着更多习作和文件的跟进，团队成员可以逐步深化对光学系统设计的理解。