使用ZEMAX软件设计纳米颗粒表面等离激元透镜：基础与计算步骤

本资源是一份针对光学设计入门的课后作业，主要使用Comsol软件来计算Au纳米颗粒的表面等离激元电子能量损失谱，但作业的核心内容与Zemax软件的透镜设计有关。作业要求学生根据图1.9的信息，解决一系列透镜设计问题： 1. **有效焦距（EFL）**：这是透镜系统中使平行光束聚焦成像的焦距，对于单个透镜或系统的前端，它对应于光的入射点至焦点的距离。 2. **光焦度Φ（Phoropter Power）**：透镜系统的总焦度，用于衡量其汇聚或发散光线的能力。 3. **C1和C2的表面曲率**：如果透镜是凸透镜，这些参数表示透镜的前后表面的曲率程度。 4. **R1和R2的曲率半径**：与曲率相关的物理量，是曲面中心到曲面边缘的距离。 5. **底版大小**：通常指透镜系统放置样品或光路元件的区域，这里假设为正方形。 6. **艾里斑半径**：在光学中，描述了衍射光斑的大小，与透镜系统的分辨率和光波长有关。 作业强调透镜设计的基本技巧，如： - **入门技巧**：涉及近轴光线轨迹方程、一级像差计算（有效焦距、F数、像位置等）。 - **规则技巧**：包括Zemax软件的使用，如命令输入、变量选择、设计优化和分析。 - **设计基本定律**：理解设计规则，如选择合适的初始设计、规划操作步骤等。 学生需要基于给定的透镜结构参数（如曲率、厚度、折射率、光瞳尺寸和位置）进行计算，并应用几何光学原理来解决问题。对比图1.2中的两个光学系统，尽管它们看起来相似，但实际上可能涉及不同的光学性能，如球差、彗差和像散等高级像差分析。 完成这项作业不仅有助于掌握透镜设计的基础知识，还能够锻炼学生的实际操作能力和对Zemax这款商业设计软件的熟悉程度。通过计算和分析，学生将进一步理解光学系统如何影响光的传播和图像质量，这对于从事光学工程或相关领域的工作具有重要意义。