ZEMAX中激光准直发散角几种计算方法讨论

Alily

根据最近问的，以及在论坛中找到，发现有几种评价激光准直光束发散角的方法，因为接触激光这一行的时间不久，最近做的设计对发散角要求还挺高，不知道哪个更准确，更接近实际效果，希望大佬多多指教！1、采用无焦像空间，看点列图
2、GBPD操作数，近轴高斯光束发散角（个人认为在像差较大时，不太准确）
3、rang操作数，py,1,0.7,0.5时的角度
4、popd23操作数，根据不同距离处的光斑大小，计算发散角（感觉较为准确，但是对比rang，会小一些）

要求发散角小于0.3mrad，设计时，应该看哪个更准确呢？仿真一般要到达什么样的值，才算设计的比较好？

MEOW

根据之前经验POPD是比较准的，但是会极大程度拖慢优化速度；近轴高斯光束不准确，可以用倾斜高斯光束操作数替换，比较准

Alily

MEOW 发表于 2022-7-19 20:59
根据之前经验POPD是比较准的，但是会极大程度拖慢优化速度；近轴高斯光束不准确，可以用倾斜高斯光束操作数 ...

确实，优化时会稍微慢一点，我试试倾斜高斯

dtn4420359

发散角应该是靠设计保证吧，根据激光束腰大小，就能确定准直透镜的焦距。不需要再用操作数优化

Alily

dtn4420359 发表于 2022-7-20 15:27
发散角应该是靠设计保证吧，根据激光束腰大小，就能确定准直透镜的焦距。不需要再用操作数优化

是靠设计保证，这个只是去评价在设计过程中，发散角能达到多少，要不为什么会有指标说发散角小于多少呢

dtn4420359

Alily 发表于 2022-7-20 16:36
是靠设计保证，这个只是去评价在设计过程中，发散角能达到多少，要不为什么会有指标说发散角小于多少呢

你设计过程中，焦距会变？如果焦距不变，但是发散角变了，不就代表离焦了么

Alily

dtn4420359 发表于 2022-7-20 17:44
你设计过程中，焦距会变？如果焦距不变，但是发散角变了，不就代表离焦了么

额，不知道是不是我的理解有问题哈，光纤出射光，经过准直镜准直，可以通过理论计算一个准直镜的焦距，但是这个值只能参考吧，在仿真中优化时，是会稍微变化的

dtn4420359

Alily 发表于 2022-7-21 16:41
额，不知道是不是我的理解有问题哈，光纤出射光，经过准直镜准直，可以通过理论计算一个准直镜的焦距，但 ...

按照我做过的项目来评估，项目指标给定一个发散角的范围，设计师根据总体设计来评估得出一个具体的发散角数值。这个数值确定了，准直透镜的焦距就定了。不会变了。然后zemax模拟是把光纤放在透镜的准焦位置，然后用物理光学的功能读取发散角（如图）。如果你准直透镜一直变化，不利于商业选型。如果为了准直光束就定制透镜，成本不划算。所以实际设计中焦距不会变来变去。焦距作为系统的母指标，是设计的出发点。
可能项目需求不同吧，我也没接触过把发散角作为评价函数来优化的项目。你们的项目是用发散角来跑优化，确定光学系统参数的么？

Alily

dtn4420359 发表于 2022-7-21 17:35
按照我做过的项目来评估，项目指标给定一个发散角的范围，设计师根据总体设计来评估得出一个具体的发散角 ...

因为我是最近才接触激光方面的，说的有问题的地方还请指点一下哈:比如说，光纤定了，指标限定了准直光斑大小，一般市面上不好找到匹配焦距的镜头，就需要自己重新设计的，这个时候我主要是把准直光斑大小和发散角作为评价函数的，而且一般单透镜不能达到很好的准直效果，得使用非球面或镜组。

我刚算了一下，这个近轴高斯公式中的发散角应该是，按照公式tanθ=λ/pi/w0，结果也比较符合，但是，按照我的理解，近轴高斯光束算出来的应该是非常理想的情况。不知道够不够准确，这就回到我最初的问题，到底是哪种评价方式，最符合实际的效果

dtn4420359

Alily 发表于 2022-7-22 09:55
因为我是最近才接触激光方面的，说的有问题的地方还请指点一下哈:比如说，光纤定了，指标限定了准直光斑 ...

光纤确定了NA，准直光斑也定了。两者直接能算出一个确定的焦距f.焦距*2NA=光斑大小。然后你就根据这个焦距去优化，球面最少用2片。非球面是一片。评价方法是看点列图是否到衍射极限。也就是艾里斑里面。
不过基本不存在商业透镜找不到合适的情况。你可以去索雷博或者艾特蒙特上找。焦距和NA匹配上就下载去模拟，看是不是到衍射限。如果口径偏大就找加工方磨边。
希望对你有帮助。