光学设计：双镜片系统与色差矫正

"ZEMAX光学实验--双镜片" 在光学设计中，ZEMAX是一款广泛使用的软件，用于模拟和优化光学系统。本实验主要关注的是双镜片设计，这是一个基本的光学系统，由两片玻璃镜片粘合而成，以减少色差并实现光轴上的成像。双镜片设计有助于平衡光学性能与制造成本，适用于多种光学应用，如相机镜头、望远镜等。 实验内容包括画出layouts和field curvature plots，这是为了理解系统的结构布局和场曲率分布。Edge thickness solves涉及到镜片边缘的厚度控制，这直接影响到成像质量和光学系统的稳定性。Field angles则涉及系统能够处理的视场范围，对于广角或长焦镜头设计尤为重要。 在双镜片系统中，色差是主要考虑的光学缺陷之一。由于不同材料的色散特性，可以通过选择合适的玻璃组合来校正一级色差。在这个实验中，采用BK7和SF1两种玻璃材料，利用它们的互补色散属性，使得一级色差得以矫正。二级色差虽然仍然存在，但在优化后，它会在chromatic focal shift plot中表现为抛物线形状，而非直线，这是二级效应的特征。这种二级色差的影响通常比一级色差小得多。 实验步骤分为几个关键环节。首先，设置光学系统的参数，包括选择镜片材质（如BK7和SF1），设定波长和孔径。在ZEMAX的LDE（Layout Design Editor）中，添加第二个镜片，使其与STO（Stop）位置相邻。镜片的表面类型被设定为Stop，确保光线通过镜片组合的中心。接着，固定前两面镜片的厚度，而最后一面镜片的厚度设为变量，以便进行优化。在优化过程中，设置merit function，尤其是确保有效焦距（EFFL）基于第三面镜片，因为这是光线成像前经过的最后一面。 通过与练习一的Chromatic Focal Shift对比，可以评估新加入的SF1镜片如何影响系统的色差校正。执行optimization过程，调整其他merit functions以达到期望的光学性能。优化后，分析结果，包括field curvature plots和chromatic focal shift plot，以确认设计是否满足100mm焦距的要求，并有效减少色差。 这个ZEMAX双镜片实验提供了一个基础的光学设计实践，涵盖了光学系统设计的关键方面，如材料选择、色差校正、参数优化以及结果分析。这对于理解和掌握光学设计原理至关重要，也为更复杂的光学系统设计奠定了基础。