Zemax教程：非顺序系统设计——点光源、反射镜与光管耦合

本文档详细介绍了如何使用Zemax进行光学设计，特别是非顺序系统的设计过程。首先，我们探讨的是创建一个基础的非顺序系统，该系统由三个主要组件构成：一个细丝光源（filament source）、一个抛物面反射镜（parabolic reflector）和一个平凸透镜（plano-convex lens），这些组件被用于将光线引导至一个矩形光管（rectangular light pipe）。这个设计的目标是实现光线的准直并均匀分布在光管内部。 在开始设计前，确保Zemax软件已经启动并处于非顺序模式。在默认情况下，Zemax以顺序或混合模式启动，但为了进行非顺序设计，用户需要通过菜单操作（File > Non-Sequential Mode）切换到纯非连续模式。此时，编辑器的标题栏会显示出"Non-Sequential Component Editor"，这是非连续模式特有的编辑器，与顺序模式下的"Lens Data Editor"不同，后者仅适用于连续或混合模式的系统。 创建系统时，首先需要设置基本的系统属性，这可能包括光源的参数、几何尺寸和材料属性等。在非顺序模式下，用户可以直接添加和调整这些组件，比如添加光源并指定其位置，然后放置抛物面镜以优化光线汇聚。接下来，平凸透镜用于将准直后的光线导向光管，并确保光强在传输过程中保持均匀。 设计过程中，关键步骤之一是追踪分析（trace analysis）射线到达探测器的行为，以评估各个点的辐射分布（radiance distribution）。通过这种方式，可以检查系统的光路是否满足设计要求，例如，确认光束是否平行且均匀地进入光管。最终目标是实现理想的光通量分布，以便于后续的应用，如照明、光学测量或成像。 在Zemax中完成这些步骤后，用户将能够可视化和优化他们的设计，通过调整参数来达到最佳的光学效果。整个过程强调了在实际应用中，非顺序设计对于控制和优化复杂光路的重要性，特别是在追求高效和均匀的光输出时。通过学习并熟练掌握这些技巧，设计师可以在众多领域如光学工程、照明设计甚至光纤通信中发挥重要作用。