在
光學(xué)系統(tǒng)中選擇最優(yōu)玻璃
材料時(shí)，Conrady d-D以及模型玻璃等傳統(tǒng)的玻璃選擇方法提供的幫助有限。本文介紹了如何使用玻璃替換方法進(jìn)行直接玻璃
優(yōu)化，以及在考慮玻璃的可用性、成本及耐候性等因素時(shí)，如何進(jìn)一步嚴(yán)格挑選玻璃。
NWCnt,FlY V2, .@j# 簡(jiǎn)介
ys+?+dY2 2#/ KS^ 玻璃替換方法是OpticStudio中選擇玻璃最有效的方法。玻璃替換方法可直接修改玻璃類(lèi)型，然后重新優(yōu)化系統(tǒng)，以確定新的玻璃是否是更好的設(shè)計(jì)方案。
wO8^|Yf 當(dāng)玻璃被設(shè)置為“substitute”求解時(shí)，OpticStudio將自動(dòng)完成此過(guò)程。如果一種玻璃被標(biāo)記為可替換 (Substitute) 玻璃，則全局優(yōu)化算法（Hammer和Global Search）將在優(yōu)化過(guò)程中自動(dòng)執(zhí)行此類(lèi)玻璃的迭代替換。這樣可使OpticStudio在不借助于理想化玻璃色散的情況下優(yōu)化系統(tǒng)。本文將提供此方法的一個(gè)示例。
+Ya-h~7;g# A*E4hop[ 玻璃替換
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\SLYqJ~m OpticStudio中處理玻璃優(yōu)化的方式與處理其他數(shù)據(jù)的方式有些不同。直接優(yōu)化玻璃選擇是一件很困難且不可預(yù)測(cè)的過(guò)程，因?yàn)椴ＡУ膶傩允遣贿B續(xù)的。
WK;p[u?~xi 選擇玻璃的傳統(tǒng)方法是使用某種模型玻璃。模型玻璃方法是使用一些數(shù)值
參數(shù)將玻璃色散理想化，然后優(yōu)化這些參數(shù)，同時(shí)將參數(shù)值或計(jì)算的折射率值約束為類(lèi)似可用的玻璃。在可見(jiàn)光區(qū)域，可以使用Conrady d-D方法進(jìn)一步簡(jiǎn)化該方法。這種方法僅對(duì)少數(shù)不同
波長(zhǎng)的
光線進(jìn)行追跡、縮放，然后使用優(yōu)化方法使其差異變?yōu)榱阒怠?span style="display:none"> 0QC*Z (
如果一種玻璃被描述成有一定折射率、阿貝數(shù)和部分色散偏離的“模型玻璃”，則可以將這些模型參數(shù)設(shè)置為變量，然后像其他數(shù)值參數(shù)一樣進(jìn)行優(yōu)化。然而，模型玻璃方法存在一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，即在使用模型玻璃方法獲得良好的設(shè)計(jì)方案之后，必須將模型玻璃轉(zhuǎn)換為真實(shí)的玻璃，然后再使用新選擇的玻璃來(lái)重新優(yōu)化該設(shè)計(jì)。遺憾的是，對(duì)于許多系統(tǒng)，新優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案的性能可能比模型玻璃方法的設(shè)計(jì)方案的性能要差。更令人沮喪的是，使用真實(shí)玻璃的最佳設(shè)計(jì)可能與使用模型模型找到的最優(yōu)設(shè)計(jì)有不同的結(jié)構(gòu)。
Qs% f6rL 為避免以上過(guò)程中出現(xiàn)的麻煩，OpticStudio提供了一種玻璃替換工具。在優(yōu)化過(guò)程中，玻璃替換方法使用來(lái)自玻璃目錄中的真實(shí)玻璃替換
鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（LDE）中的玻璃。
v Z]gb $ 為查看玻璃替換方法的操作過(guò)程，我們將優(yōu)化Doublet.zmx示例文件中的玻璃，該文件位于 {Zemax}/Samples/Sequential/Objectives/Doublet.zmx。
JAB]kNvI 打開(kāi)示例文件，然后在
LED中設(shè)置兩種玻璃的狀態(tài)：打開(kāi)solve對(duì)話框（雙擊或左鍵單擊玻璃參數(shù)），并將 solve 類(lèi)型設(shè)置為“Substitute”。
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=P Zs'K 出現(xiàn)在玻璃旁邊的字母“S”表示這些玻璃處于可替換狀態(tài)。
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Jr''S}@|x 使用評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器中的默認(rèn)評(píng)價(jià)函數(shù)工具構(gòu)建RMS波前優(yōu)化默認(rèn)評(píng)價(jià)函數(shù)。
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}FM<uBKW 點(diǎn)擊“OK”，評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器將顯示如下：
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HNh= igu ;V@}
oD+ 優(yōu)化
._FgQ` `PL uxh4nyE 在優(yōu)化過(guò)程中，由于每一次替換玻璃都會(huì)使評(píng)價(jià)函數(shù)的值產(chǎn)生不連續(xù)的躍變，所以玻璃替換需要使用全局優(yōu)化算法，如使用Global Search或Hammer算法代替局部?jī)?yōu)化方法。
ww\/ $ | 替換的玻璃選自系統(tǒng)當(dāng)前使用的玻璃目錄。在“System Explorer…Material Catalogs…Catalogs To Use”中可進(jìn)行設(shè)置，本例使用的是Schott目錄。
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aY {. 打開(kāi)OPD光扇圖，觀察系統(tǒng)在優(yōu)化之前的性能。OPD最大量度為0.5個(gè)波長(zhǎng)。
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#;mZ3[+i5 點(diǎn)擊“Optimize…Hammer Current”執(zhí)行Hammer優(yōu)化。勾選“Auto Update”選項(xiàng)，查看優(yōu)化期間 LDE 的數(shù)據(jù)和OPD光扇圖的變化。
CJu;X[6 點(diǎn)擊“Start”開(kāi)始優(yōu)化
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2Ip 您將看到優(yōu)化期間替換用到的玻璃，以及 OPD 光扇圖窗口的變化。
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g{, 結(jié)果
G*"N}M1) -%t0'cKn, 在大約一分鐘之后停止優(yōu)化。LDE中的玻璃可能如下所示：
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