使用Zemax设计反射式望远镜的初步步骤

"该文档是一个关于反射式望远镜设计的教程，主要使用Zemax光学设计系统进行操作。教程详细介绍了如何从零基础开始设计一个1000mm焦距F/5的牛顿望远镜，包括定义球面物镜、设置孔径、查看光路图、分析像差、检查色差以及评估调制传递函数(MTF)。在设计过程中，还提到了如何通过优化找到最佳的表面曲率半径。" 在光学设计中，反射式望远镜是一种广泛应用的光学仪器，它利用反射镜而非透镜来汇聚光线，从而避免了色散问题。本教程以一个1000mm焦距、F/5光圈比的牛顿望远镜为例，详细阐述了设计过程： 1. 设计物镜：首先，根据F/5的光圈比计算出物镜孔径D为200mm。物镜为凹面反射镜，其半径R应为-2000mm（负值表示凹面），厚度设置为-1000mm，因为像面位于物镜左侧。 2. 定义孔径：在Zemax的系统通用配置中设定入瞳直径为200mm，以匹配物镜孔径。 3. 观察光路图：通过分析-草图-2D草图或渲染模型，查看并理解光线的传播路径。 4. 分析像差：通过点列图评估像差，初始设计的球差较大。为了观察色差，选择多波长分析，此处选择了RGB三原色波长。 5. 检查色差：通过比较不同波长下的点列图，确认反射镜没有引入色差。 6. MTF曲线分析：通过分析-调制传递函数-快速傅里叶变换(MTF)来评估图像质量。MTF曲线越高，表明图像分辨率越好。 7. 衍射限MTF比较：通过设置比较无像差情况下的MTF曲线，以了解当前设计相对于衍射极限的表现。 8. 优化设计：将物镜曲率半径设为变量，利用Zemax的优化功能寻找最佳曲率，以提高系统性能。 本教程不仅适用于初学者学习Zemax软件，也为光学设计者提供了一个具体的实践案例，帮助他们理解和掌握反射式望远镜的设计流程。通过这样的设计实践，可以深入理解光学系统的像差控制、色差校正以及MTF分析等关键概念，进一步提升光学设计能力。