优化设计时,用全孔径、0.85孔径、0.707孔径、0.5孔径和0.3孔径的轴向球差“LONA”构成评价函数,它们的目标值都取0,权重都取1。而自变量先利用低阶的非球面系数,然后再增加较高阶的非球面系数作自变量。评价函数用操作语句括号写出如下:
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.3);0,1}
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.5);0,1}
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.7);0,1}
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.85);0,1}
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;1);0,1}
(1)第1步优化 第1步优化时,仅选取“Conic”作为自变量,这里“conic”是ZEMAX程序中的称谓,其含义就是式(5-5)中的圆锥常数k。
经第1步优化后的像差曲线、点列图分别如图5-4和图5-5所示。第一步优化出的非球面参数括号是(30.88,-0.583)。
图5-4 非球面激光光束聚焦物镜第1步优化出的像差曲线
(2)第2步优化 由图5-5左下角的数据知道,经第1步优化后弥散圆的直径约为6μm,尚未达到设计要求,转入第2步优化。第2步优化时,以第1步优化出的结构为基础,将四阶非球面系数a4增加为变量。这里不将二阶系数a2作为变量(即a2=0)的原因是它的改变将导致系统焦距的改变,若要保持系统焦距不变,则要在评价函数中加入对于焦距的要求,这样做使问题复杂化了,不可取。仍然采用第1步优化时所采用的评价函数,即由下述操作语句括号组成的评价函数:
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.3);0,1}
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.5);0,1}
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.7);0,1}
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;0.85);0,1}(www.xing528.com)
{LONA(Wave;Zone);Target,Weight}⇒{LONA(1;1);0,1}
图5-5 非球面激光光束聚焦物镜第1步优化出的点列图
经第2步优化后的横向球差曲线如图5-6所示,点列图如图5-7所示,轴向球差曲线如图5-8所示,调制传递函数曲线如图5-9所示。第2步优化出的非球面参数括号是(30.88,-0.646,0,3.005×10-7)。
图5-6 非球面激光光束聚焦物镜第2步优化出的横向球差曲线
从图5-7左下角的数据知,弥散圆直径为0.1μm,远好于第2章的结果。另外从图5-9看到,经第2步优化后,单片低折射率非球面激光光束聚焦物镜的像质近乎无像差的理想状况,远远好于设计要求,设计任务暂告一段落。
与第2章的设计结果相比,结构上由两片简化为一片了,材料上由低折射率的普通玻璃取代了高折射率玻璃,所付出的代价是面形为非球面了。
图5-7 非球面激光光束聚焦物镜第2步优化出的点列图
图5-8 非球面激光光束聚焦物镜第2步优化出的轴向球差曲线
图5-9 非球面激光光束聚焦物镜第2步优化出的调制传递函数曲线
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