Ansys Zemax | 如何使用光学制造全息图修正像差

利用光学全息图优化单透镜像差技巧与实现


引言

在精密光学系统的设计中，追求衍射限下的性能成为提升分辨率和光学效率的关键。一种有效策略是利用光学全息图 (Optical Holograms, OFH) 对单透镜进行优化，从而极大降低球差、彗差等主要像差影响。OpticStudio等光学仿真软件中人类工程+AI的人机交互环境，极大地推动了全息图在像差工程应用中的普及。本文基于该软件环境，详细讲述了使用ZMX文件结构设计全息图，以及如何通过梯度优化提升单凸透镜光学性能至衍射极限的过程。

全息图模型与构造文件




光学全息图 (OFH) 是OpticStudio中最具通用性的全息图模型。其构建依赖两个ZMX文件作为构造基元，其中一个是全息图重现文件，其余的两个ZMX文件分别为特定光束的构造文件。这些文件遵循一组命名规则，确保全息图的自洽性与实验的一致性。

构造文件 (例如“OFHSphericalCorrector_1.zmx”、“OFHSphericalCorrector_2.zmx”) 是物理实现中关键的零件，负责定义特定光束的动态特性和传播路径。

重现文件 (如“StartingLens.zmx”) 则作为一个载体，承载全息图与实际光学系统的相互作用，为优化过程提供参考。

系统设计与光扇图分析

首先，阐述设计考虑的光学系统——由双凸透镜结构组成，工作波长（例如0.633纳米），像平面置于透镜的近轴焦点处。透过光扇图演示我们面对的球差等主要像差。

借助光学全息图，将一个仿真中的单凸透镜的前表面，设计为光学全息图界面，这一点策略性地指向了优化的终点。构造文件遵循一定规则，其中包括了与特定全息图表面相互作用的不同构造光束。

重回设计与光束构造

构建NB构造文件：通过明确指定公共区域名称，并将透镜前表面定义为光学制造全息图面，构建出所需全息图形结构。

参数配置：设定全息图形变、类型、衍射级、曲率参数等，确保全息图像符合期望设计，实现与实际构建的精确匹配。

准备与设置重建系统

确保所有构造文件都位于同一目录中，之后在初始系统中精准定义全息图面，构建起提供重构的基础系统网络，包括流通光束与镜面属性。

优化过程概述：通过添加全息变量至高效应用的函数，访问和调整新建全息图的变量状态，进而进入精细调整阶段。优化目标指向RMS光斑尺寸，即衍射极限的最佳性能点。

图形与分析

借助定制分析、标准点图等因素，验证最终系统是否达到最佳性能状态，展示艾里斑解析过程以确认是否达到衍射极限，同时对不同OPD模式下表现出的波前误差进行深入分析。

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks ,Hyperworks, Protel,CAXA,OpenWorks LandMark,MATLAB,Enovia,Winchill,TeamCenter,MathCAD,Ansys, Abaqus,ls-dyna, Fluent, MSC,Bentley,License,UG,ug,catia,Dassault Systèmes,AutoDesk,Altair,autocad,PTC,SolidWorks,Ansys,Siemens PLM Software,Paradigm,Mathworks,Borland,AVEVA,ESRI,hP,Solibri,Progman,Leica,Cadence,IBM,SIMULIA,Citrix,Sybase,Schlumberger,MSC Products...