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Zemax光学设计实例（86）---在非序列模式下菲涅尔透镜的仿真

2021-12-20 10:25| 发布者：Davis| 查看：2383| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了在Zemax中使用非序列模式进行菲涅尔透镜的仿真，包括理想和普通菲涅尔透镜的参数设置和Tab. Fresnel Radial的使用方法。阅读本文可以了解到Zemax光学设计软件的实际应用和菲涅尔透镜的不同类型和仿真方式。

导论：

在Zemax中，有多种仿真菲涅尔透镜的工具，既可以在序列模式下，也可以在非序列模式下进行仿真。

ZEMAX仿真：

在混合非序列模式或非序列模式下，也有几种面型可以用于菲涅尔透镜的仿真，分为理想菲涅尔透镜和普通菲涅尔透镜。理想菲涅尔透镜，用光滑的表面代替菲涅尔面，看不出锯齿或刻槽；普通菲涅尔透镜的表面是具有实际锯齿效果的表面，这种表面对光线追迹的速度比较慢，运算量比较大。

（1） Fresnel 2

参考Zemax自带的例子“Fresnel lensideal”。

系统的入瞳直径设为50，波长587nm，默认0视场。

将Surface 2设置为Non-SequentialComponent，Exit Loc Z设为20。

在NSC Editor中，ObjectType设为Fresnel 2，参数设置如下图：

查看3D Layout，如下图：

Fresnel2是理想菲涅尔透镜，不能设置刻槽深度或频率，表面看上去是光滑的平面。

Fresnel2可以设置为圆形对称或柱面对称结构，可以在NSC Editor中的“Is Cylinder”参数设置。

（2） Fresnel 1

参考Zemax自带的例子“Fresnel lenscylinder structure”。

系统的入瞳直径设为50，波长587nm，默认0视场。

将Surface 2设置为Non-SequentialComponent，Exit Loc Z设为20。

在NSC Editor中，ObjectType设为Fresnel 1，参数设置如下图：

RadialHeight 径向高度，如果透镜是圆对称，该值指透镜的最大径向孔径；如果透镜为柱面对称，则该值指y方向的半宽度。

XHalf-width，如果透镜为柱对称，该值指透镜的半宽度。如果该值为零或者为负值，则生成旋转对称的透镜。

+Depth/-Fre，+深度/-频率，如果该值为正，则它对应于刻线的深度，单位与透镜相同；如果该值为负，则对应于刻线的频率，例如-2.0，表示沿透镜径向的单位长度上有2条刻线。

Pitch倾斜度，单位为度，指的是“固定”表面与Z轴的夹角，倾斜度通常都呈现向外发射，不管倾斜角是正是负。当pitch设置为0时，齿尖到基底是垂直连接的；当pitch设置为10时，齿尖到基底是倾斜连接的。

Thickness厚度，菲涅尔透镜的厚度，该值可正可负，但是必须使得透镜厚度的绝对值大于最深的刻线深度，否则会产生无物理意义的菲涅尔透镜，而且不会产生警告或出错信息。

查看3D Layout，如下图：

（3） Tab. Fresnel Radial

参考Zemax自带的例子“Fresnel lens fromtable”。

系统的入瞳直径设为50，波长587nm，默认0视场。

将Surface 2设置为Non-SequentialComponent，Exit Loc Z设为20。

在NSC Editor中，ObjectType设为Tab. Fresnel Radial，参数设置如下图：

双击Tab. Fresnel Radial这个组件名称，在表面特性参数的数据文件Data File中选择要使用的列表文件，这些文件的后缀是.TOB，TOB文件格式是由两列数组成，中间隔有一个或几个空格或制表符，可以用记事本打开，如下图：

每对数的第一个数表示Y坐标，该值可以为负值、零或正值；第二个数为Z坐标。

第一对数后面的每一对数均表示一个区域。假如有6对数，就表示有5个区域，实际上，通过这些坐标点定义的点依次连接起来形成一个封闭截面，然后再旋转成实体。

用户可以自己用记事本编辑所需的列表文件再保存为TOB文件。

这种方式下，能够生成锯齿不同，深度不同，刻槽形状不同的表面类型，不仅可以是平面径向的菲涅尔透镜，也可以是曲面径向的菲涅尔透镜。

查看3D Layout，如下图：

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