第29卷第4期应用光学Vol 29 No.42008年7月Journal of App lied OpticsJu12008文章编号.1002-2082(2008)04-0553-04Zem ax与M atlab动态数据交换及其应用研究张文静，刘文广，刘泽金(国防科学技术大学光电科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：为了将Zem ax的光学系统设计和分析功能与M atlab强大的矩阵计算和数据分析功能很好地结合起来，对M atlab和Zem ax的DDE(dynam ic data exchange动态数据交换)通信技术进行了研究，并将其应用于计算机辅助调腔技术的数值模拟过程中。通过动态数据交换完成M atlab对Zemax的控制，实现了二者之间的数据传递，即在M atlab的控制下，实现对光学系统结构的改变，并获取输出光束的Zernike多项式系数值，从而大大方便后续数据处理工作。同理，其逆过程可以将计算得到的结果反馈到光学系统中，用于系统优化。二者的动态数据交换技术可提高研究过程中数据的可靠性和工作效率。中图分类号.TN9196:TP319文献标志码：ADynam ic da ta exchange between Zemax and MatlabZHANG W en-jing,L U W en-"guang,L U Ze-jinAbstract In order to successfully com bine Zemax's funct ions of the op tical system design andanalysis w ith M atlab's pow erful ability on the matrix calculation and data analysis,thecommunication technique of DDE (dynam ic data exchange)betw een the two softw ares wasresearched and app lied to the numeric smulation process of the computer-aided resonatortransm ission between the two softw ares was realyzed In other words,under the cantrol ofM atlab,the structure of the optical system can be rectified,and it is easy to get a series ofvalues of Zernike polynom ial coefficients of the output beam.So it is convenient for thefo lbw ng data process In the same w ay,the calculation results can be sent to Zemax as afeedback of the optical system optm ization Data reliability and work efficiency can be mprovedin this w ay.DDE technique between Zemax and Matlab is very helpful in the field of opticalsystem design and op tm ization.Key words computer-aided design;Zem ax;Matlab;dynam ic data exchange,optical design引言计软件。功能强大，集成了现在的光学设计工程师们想拥有的所有超强特性，包括设计优化分析、国Focus Softw are公司推出的一个综合性光学设公差估计各种光学系统像质评价与系统图以及报收稿日期：2007-09-14；修回日期2007-10-09基金项目：国家863项目：国防预研基金作者简介：张文静(1982)，女，山东济宁人，硕士研究生，主要从事光学设计和光电工程方面的研究。E-m ail:av j222111@163.com1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net554应用光学2008,29(4)张文静，等Zenax与M atlab动态数据交换及其应用研究表文档输出，支持用户开发的宏和扩展动态链接库channel=ddeinit('service','topic')等诸多功能。并通过简便直观的用户界面，为光学参数SERV ICE表示将要与M atlab进行通信系统设计者提供了一个方便快捷的操作手段。由于的应用程序的类型名，opic表示通信的主题，即与其优越的性价比，近几年来Zem ax在光学设计领M atlab进行通信的应用程序名；返回值channel表域所占份额越来越大，在全球已经成为最为广泛采示分配给该通信过程的一个通道，当出错时返回值用的软件之一。在我国，使用Zen ax进行光学设计为0。的技术人员也与日俱增。2)ddereq:向应用程序索要数据。而M atlab由于其集数值分析、矩阵运算、信号其调用格式为处理和图形显示于一体，可方便地应用于数学计data ddereq (channel,'item',fomat,算、算法开发、数据采集、数据分析和可视化等方tm eout)面，编写程序更加快捷方便，在科研领域得到了普参数channel表示已经建立的通信通道名，该遍应用。参数是ddein it()函数的返回值：itam表示进行通在光学系统测试和模拟中，不仅需要经常用信的数据项名称，它是应用程序中将要接收Zemax产生一些图表和数据信息，还要经常对这M atlab数据的一个实体，fomat是任选项，表示对些数据进行分析和处理。这个过程显然只在Zemn ax中是不易完成的，具有强大的科学计算功能的次操作的时间限制，缺省值为3s,返回值data包含M atlab成为首选。所以把atlab和Zem ax连接起了接收到的数据，若data为空，则表示出错。来相互传递数据，可以发挥它们各自的优势，大大3)ddetem:结束DDE对话。提高了工作效率。这就要求M atlab与Zem ax之间其调用格式为能够进行动态数据交换（简称DDE)。本文通过研rc=ddetem (channel)究，对Zem ax M atlab之间的DDE技术进行了介绍，并将其应用于谐振腔的计算机辅助调节过程2 M atlab和Zem ax通信技术在计算中。机辅助调腔中运用举例当谐振腔这个光学系统发生失调的时候，我们DDE技术简介期望通过输出光波的ZERN IKE系数来计算出系DDE是允许各W NDOW S应用程序间交换统的失调量，该过程的模拟需要4个步骤，如图1所数据的通信机制。应用程序可以借助DDE通话实现彼此间的通信。请求建立对话的应用程序称为客户(CL IENT),而响应对话请求的应用程序被称为(3)引入失调量设计光学(修改系统服务器(SERV ER)。W NDOWS平台上的M atlab系统ZERNIKE计算失调量结构参数)系数作为一个应用程序，也具有借助DDE与其他应用dde程序通信的功能。在Zem ax和atlab的DDE通信中，Zemax通图1DDE通信技术在计算机辅助调腔中的常是作为SERV ER而M atlab作为CL IEN T。对运用过程框图Zemax的操作通过一系列数据项的通信对话实现，这些数据项称为“itan”。这些item可以让n computer-aided resona tor alignm entZemax执行某个功能或进行某项计算。在上述过程中，步骤(2)→(3)中需要建立当M atlab以客户身份建立DDE通信时，可以DDE对话是因为要将Zemn ax产生的数据M atlab使用M atlab DDE客户函数建立和保持对话。获取。而步骤(4)→(2)建DDE是Matlab计算M atlab客户模块包括一系列函数，这里主要介绍的数据反馈到Zem ax中的谐振腔系统中，相当于一下我们用到的一些函数的功能：步骤(2)→(3)的逆过程。现在简要介绍该过程中主1)ddeinit:启动DDE对话，建立一个通道号，要用到的功能模块。以后的操作均通过这个通道号进行。21建立与关闭连接其调用格式为1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net应用光学2008,29(4)张文静，等Zenax与M atlab动态数据交换及其应用研究rep ly=ddereq (channel,DD EComm and,[1,建立DDE对话时，客户应用程序必须识别SERV ICE NAM E,即被请求对话的应用程序名，%通过通道执行上句所描述的操作。并将获取这里Zem ax作为SERV ER,其服务名即为Zem ax,的文本信息保存至filename中。若所要进行操作的MX文件已经打开，可以省略f=getzernike(9,filenam e)第2个引号内的内容。返回结果即为通道号。%通过atlab自编函数直接获取想要的数据。ddetem (channel);关闭连接。3应用举例22在MA TLAB中对光学系统的结构进行修改31建立处于失调状态的谐振腔系统模型SurfaceN um ber=l0,%指定所要进行操作在Zem ax中建立处于失调状态的谐振腔的模的镜面编号型，如图2所示。X轴倾斜。此处的编号根据所要对之进行操作的表面的不同而不同。N ew V alue=QO1;%修改数值，即倾斜度数Command sprintf (Set Surface%Set Surface Parameter用来设置表面的参数，是Zem ax与其他应用程序进行通信时的一个itam。在Zem ax的LENSDA TA ED ITOR中，每一1凸面镜2凹面镜3输出耦合镜4小平面镜个平面最后的几列都是用来设置该表面的参数的，不同类型的表面参数的个数和它们的意义不尽相同。这一句利M atlab语言把要对Zem ax进行的该系统是一个正支共焦非稳腔，通常情况下由操作描述了出来。1个凹面镜，1个凸面镜，1个输出耦合镜构成，输a ddereq (channel,Command,[1 1 ]出为环形光束。假设该系统情况为凹面镜绕X轴3000);倾斜0.015°，记为Tx=0015。%ddereq在此起的作用是通过通道，将前一32获取谐振腔结构特征和输出光束数据句的所描述命令对Zem ax进行操作，并将LENSb=ddereg (channel,'PushL ens',[1 1 ]new filename=D:ZEMAX new filenametxt';%将ZEMAX DDE SERV ER存储器中的数据DD EComm and sprintf('GetTextFile,"复制到L EN SDATA ED ITOR中s”,%s,%s”,%i',new filename,‘Zf',”,0;23数据获取rep ly=ddereq (channel,DD EComm and,[1,filename=D:EMAX filename txt';%最好写完整路径new f=getzernike(9,new filename);DDECommand=sprintf(‘GetTextF ile,“%%获取失调系统输出光束的mke系数值s”,%s,%s”,%i',filename,Zfr',”,0);DD ECommand sp rintf (GetSurface%GetTextF ile这个item产生文本格式的Parameter,%i,%i',Surface N umber,ParameterZemax分析文件，以便使其他应用程序获取光学N um ber);系统信息。此句用来形成一个用来获取此谐振腔输Reply=ddereq (channel,DD EComm and,[1,出光波的ZERN IKE FR N GE COEFF IC IEN TS数据的命令。Filename和Zfr等是这个itam的参数。T2X=str2num (R ep ly);1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net