ZEMAX光学设计实践基础

本书注重Zemax光学设计实践, 同时为了实践联系理论, 各章节先简单介绍相关理论或背景, 然后落实在具体Zemax设计方法上。本书首先给出Zemax光学设计入门操作、优化的基本概念、透镜基本原理与基本优化设计、平面系统设计、光束限制设计与多重结构设计、光能计算、像差计算; 然后给出像质评价、Zemax优化设计方法、面向光通信模块的4个设计案例和面向成像镜头的三片式成像系统及苹果手机镜头设计案例; 最后给出超构透镜与Zemax联合设计案例。

施跃春, 南京大学副教授, 研究方向面向大容量光通讯和光互联的光子集成芯片，包括DFB半导体激光器以及多波长阵列、模分复用光集成芯片等以及它们的系统应用。主持国家自然科学青年基金一项；江苏省自然科学青年基金一项；作为学术骨干参与国家“863”计划项目和国家自然科学基金重点项目等多项。

目录 第1章 Zemax光学设计初步 1 1.1 光线追迹理论计算 1 1.1.1 实际光线单折射球面光路计算 1 1.1.2 共轴球面系统光路计算 3 1.2 Zemax的界面简介与光学建模方式 7 1.2.1 Zemax的界面简介 7 1.2.2 Zemax光学建模与基本计算流程 9 1.3 Zemax中的像差评价与镜面参数设置初步 10 1.3.1 Spot Diagram 与Ray Aberration简介 10 1.3.2 纯离焦 14 1.3.3 纯球差 16 1.3.4 球差和离焦 19 1.4 自动优化设计概念初步 19 第2章 Zemax透镜设计 23 2.1 透镜计算理论基础 23 2.1.1 单折射球面的基点、基面与焦距 23 2.1.2 透镜的基点与焦距 24 2.2 单透镜Zemax设计实例 27 2.3 双胶合透镜Zemax设计实例 32 第3章 Zemax平面系统设计 36 3.1 具有平面系统元件的光学系统理论计算 36 3.1.1 平行平板的成像性质 36 3.1.2 平行平板的等效空气层的基本概念 37 3.1.3 反射镜的基本概念 37 3.1.4 反射棱镜的基本概念 38 3.2 Zemax中的坐标断点 42 3.2.1 Zemax中的坐标系 42 3.2.2 坐标变换 43 3.2.3 Zemax中的坐标断点设置 44 3.3 光学系统中具有反射镜或者平行平板的Zemax仿真分析 46 3.4 具有反射镜的光学系统Zemax设计实例――牛顿望远镜 49 3.5 具有阿米西屋脊棱镜与五棱镜组合的光学系统Zemax设计实例 52 第4章 Zemax光束限制设计与多重结构设计 56 4.1 光学系统中的孔径光阑、入射光瞳与出射光瞳 56 4.1.1 入射光瞳与出射光瞳 56 4.1.2 入射窗与出射窗 57 4.2 光学系统的景深 59 4.3 Zemax中光束限制的设计方法――单透镜光束限制的设计与分析 60 4.4 Zemax中渐晕的设计方法 64 4.5 Zemax的多重结构设计――反射式扫描系统设计 70 第5章 Zemax光能计算 75 5.1 光能和光度学的基本概念 75 5.2 光学系统中的光能损失分析与计算 76 5.2.1 透射面的反射损失 76 5.2.2 镀金属层的反射面的吸收损失 77 5.2.3 透射光学材料内部的吸收损失 77 5.3 Zemax中相对照度、镀膜简介及序列/非序列混合模型与照明设计实例 77 5.3.1 相对照度 77 5.3.2 镀膜 78 5.3.3 利用序列/非序列混合模型设计一个LED（点光源）的照明系统 80 第6章 Zemax像差计算 86 6.1 像差的基本概念 86 6.1.1 球差 86 6.1.2 彗差 87 6.1.3 像散 89 6.1.4 场曲 90 6.1.5 畸变 91 6.2 色差 92 6.2.1 位置色差 93 6.2.2 倍率色差 93 6.3 Zemax中的像差模拟与分析 94 6.3.1 球差 94 6.3.2 彗差 95 6.3.3 像散 97 6.3.4 场曲 98 6.3.5 畸变 100 6.3.6 色差 100 第7章 像质评价 104 7.1 光学传递函数像质评价基本概念 105 7.2 人眼的Zemax模型及其在VR中的应用 107 第8章 Zemax中的优化与公差 113 8.1 Zemax优化方法简介 113 8.1.1 优化方法概述 113 8.1.2 光学系统数学建模 114 8.1.3 Zemax中评价函数的定义 116 8.1.4 Zemax操作符的定义 117 8.1.5 默认评价函数 117 8.2 Zemax公差分析简介 118 第9章 光通信模块Zemax设计初步 123 9.1 双透镜光纤耦合设计 123 9.2 半导体激光器与单模光纤耦合设计 135 9.3 基于偏振元件的光环形器设计 143 9.4 基于滤波片的Z-BLOCK波分复用器设计 151 第10章 成像镜头Zemax设计初步 164 10.1 库克三片式成像镜头设计 164 10.2 苹果手机镜头剖析 171 第11章 超构透镜光学设计 184 参考文献 193