ZEMAX全局优化指南：探索最佳光学设计

"全局优化-head_first_pmp_中文_高清_(第三版)——Zemax操作数与光学设计详解" Zemax是一款强大的光学设计软件，广泛应用于光学系统的建模、分析和优化。在第十八章“全局优化”中，讨论了如何在Zemax的高级版本（如XE和EE）中进行全局优化，这是对镜头设计至关重要的步骤。全局优化的目标是寻找评价函数的全局最小值，而不仅仅是局部最小值，以确保设计出的光学系统性能最优。 传统的优化方法，如阻尼最小二乘法（DLS），在寻找局部最小值方面表现出色。然而，这种方法可能会陷入局部最小值的陷阱，导致无法发现全局最优解。为了形象化这个概念，可以将优化过程比作在山中寻找山谷的最低点。DLS方法就像在山谷中沿着最陡峭的下降路径行进，直到找不到向下走的路径为止，但这样可能会错过更低的谷底。 全局优化则试图探索整个搜索空间，避免被局部最小值所限制。在Zemax中，全局优化可能涉及多种策略，包括不同的初始条件、多起点优化或混合优化算法，这些方法旨在更全面地探索可能的解决方案空间。 光学设计教程部分涵盖了从基础到高级的主题，包括一系列精心设计的实例，如单透镜、双透镜、牛顿望远镜，以及更复杂的系统如施密特—卡塞格林望远镜和激光束扩大器等。这些教程旨在帮助用户逐步掌握Zemax的操作和功能。 分析菜单中，Zemax提供了丰富的分析工具，如外形图、特性曲线、点列图、调制传递函数(MTF)、点扩散函数(PSF)、波前图、均方根(RMS)分析、包围圆能量、照度分析以及像分析等。这些工具帮助设计师评估光学系统的性能，如分辨率、对比度、像质、畸变、色差等。 例如，MTF是衡量成像系统分辨率的关键指标，包括离焦MTF和几何传递函数。PSF则展示了点源通过系统后的成像情况，有助于理解系统的分辨率和像质。波前图和干涉图则用于评估波前的失真程度。照度分析则关注系统输出的光强分布，对于照明系统的设计尤为重要。 在工具菜单中，优化功能是Zemax的一大亮点。用户可以设置优化目标和约束，选择合适的优化算法来改进光学系统参数，以达到全局优化的目的。这包括对光学表面形状的调整、位置的优化，甚至考虑色差和其他像差的减少。 Zemax的全局优化功能结合其丰富的分析工具和详尽的教程，为光学设计师提供了强大的平台，帮助他们解决复杂的设计挑战，实现光学系统性能的最优化。