基于ZEMAX的连续变倍扩束系统设计（下篇）

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   下篇

   本文是基于基于ZEMAX的连续变倍扩束系统设计上篇内容，旨在通过多重组态实现对于8-16倍的镜头连续变倍扩束。

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3. 连续变倍扩束系统的设计指标如下

4. 1	8×~16×连续变倍扩束
   2	整个镜筒的长度为300mm
   3	入射口径2mm
   4	波长1053nm

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1.多组态设计

在原先的基础上添加一个透镜作为优化项，添加位置位于前组和后组之间，为图1中的面4和面5。多组态利用多重组态，在12×定焦扩束镜组的基础上，增加2个组态。即设置扩束倍率为8×，12×，16×的三重组态。其参数设置如图1所示；

▲ 图1 多重组态相关参数设置

组态1（8倍扩束）的评价函数如图2所示，组态2（12倍扩束）的评价函数如图3所示，组态3（16倍扩束）的评价函数如图4所示，全局的评价函数采用默认评价函数，相关的设置分别如图4所示。评价函数编辑器中全局评价函数设置略。

▲ 图2 评价函数编辑器中组态1评价函数设置

▲ 图3 评价函数编辑器中组态2评价函数设置

▲ 图4 评价函数编辑器中组态3评价函数设置

▲ 图5 全局评价函数设置

2.优化及评估

1. 变量和评价函数后执行局部优化，优化后的参数如图6所示，优化后的结构图如图7所示，优化后的单列图如图8所示。优化后的MTF传递函数图如图9所示。从点列图可以看出三个组态的点列图均位于艾利斑之内，说明优化的结果已经很好了，从MTF图可以看出其传递函数接近衍射极限，也说明优化的结果比较好了。

▲ 图6 优化后的参数

▲ 图7 优化后的结构图

▲ 图8 三种的点列图

▲ 图9 组态1的MTF图

3.扩束比M与变倍间隔的函数关系

去掉变量，只留下THIC3、THIC5、THIC8这3个变量如图10所示：

▲ 图10 只保留THIC3、THIC5、THIC8这3个变量

添加组态4-9，按步骤6所示改写评价函数，再次执行优化，优化后得到个组态的THIC3、THIC5、THIC8的参数如图13所示：

▲ 图11 优化后各组态THIC3、THIC5、THIC8参数

将如上参数绘制成图像方便观察其关系，得到如图12所示的关系图，从图中可以看出三个间隔的运动轨迹近似为直线，补偿关系比较简单，工艺性好。

▲ 图12 优化后各组态THIC3、THIC5、THIC8关系图

4. 设计总结

a. 输出光束的准直度达到    ；

b. 弥散斑    ；

c. 结构紧凑，从第1参考面到第2参考面的距离为300mm不变；

d. 变焦补偿关系比较简单，工艺性好。

因篇幅原因全局评价函数设置被省略了，需要评价函数的小伙伴请私信。