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性能優化 通過 OAS 專項功能針對性解決紅外物鏡傳統設計痛點：針對紅外波段像差校正難題，啟用軟件像差自動校正與多配置優化算法，結合 MTF、點列圖、波前圖等分析工具，優化透鏡面形參數與紅外光學材料組合，實現色差、球差的精準抑制，邊緣視場成像清晰度顯著提升； 針對紅外雜散光干擾問題，利用 OAS 雜散光分析模塊，識別透鏡表面反射、鏡筒內壁散射及紅外熱輻射等干擾源

本文將給大家演示如何用SYNOPSYS光學設計軟件來設計一個用于波長3-4微米范圍內的中紅外透鏡。第一步，我們將使用設計搜索程序。接下來需要做出判斷：如果只是運行DSEARCH并讓它找到模型玻璃，它就不會得到任何在NIR上產生重大影響的玻璃（該模型代表了所有玻璃的平均值）。這會對后續設計產生不利影響，因此需要采取進一步的引導措施。

圖2.菲涅爾透鏡設計菜單圖3.菲涅爾表面設計窗體菲涅爾面的基底一般是平面，有時為了某種特殊用途也可以是球面，但這時的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底，沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設計方法與以上相同。

那么接下來我們主要想要介紹如何在 OpticStudio 中進行實際透鏡的建模，并且結合先前步驟得到的結果整體進行模擬。第3步：整體鏡頭設計使用步驟1中的目標相位分布和步驟2中的半徑/光場vs.相位數據庫，我們現在準備好設計完整的超透鏡。超透鏡的相位-半徑映射無論目標相位分布可能是什么，完整透鏡設計都涉及將空間相位分布轉換為空間（納米棒）半徑分布。

另外，超透鏡除了可見光之外，還適用于傳統透鏡無法使用的光譜，例如紅外光、紫外光等。 此外，因為超透鏡可以采用標準的半導體元件制程技術來制造，材料也跟集成電路芯片材料相關、現有的半導體制備工藝足夠應對，可實現大規模量產，且不像傳統透鏡需要精細打磨、拋光，因此價格比目前的鏡頭更便宜。

第3步：整體透鏡設計一旦從第2步構建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設計和分析超透鏡整體： 直接仿真：根據上一步的目標相位分布以及其相對于半徑的數據情況，在FDTD中構建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內存和仿真時間方面帶來挑戰，尤其是對于較大的超透鏡而言。

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在本OCAD光學系統自動設計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結構設計”菜單時，出現設計窗口如圖2。圖2.雙膠合透鏡初始設計窗體在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統對該透鏡的、、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據系統結構具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。

附件下載聯系工作人員獲取附件在這個例子中，我們研究一個球面菲涅爾透鏡。透鏡的曲率半徑為100cm，直徑為4.8cm。由于該結構的尺寸較大，我們必須使用該結構的二維近似。透鏡的焦點可以用FDTD遠場投影函數來研究。 編輯 鏡頭設計和設置我們將考慮基于簡單球面設計的菲涅爾透鏡。

柱分布設計在設計柱形分布時，將超構透鏡的預期響應和與初始期望函數的偏差作為輸出：設置超構透鏡設置超構透鏡生成的超結構模擬工作流程步驟#1為了對柱結構的功能進行建模，采用了傅里葉模態法(FMM，也稱為RCWA)。為此，使用帶有通用光柵元件的光柵專用光學裝置。與設計階段使用的方法相反，現在的結果相位包括鄰近不同柱的相互作用。

構成光學系統最基礎的結構單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學系統進行初始設計階段都必然要從該類結構單元設計為起點。其中透鏡單元中最基礎的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結構形式。

第3步：整體透鏡設計一旦從第2步構建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設計和分析超透鏡整體：直接仿真：根據上一步的目標相位分布以及其相對于半徑的數據情況，在FDTD中構建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內存和仿真時間方面帶來挑戰，尤其是對于較大的超透鏡而言。

在本OCAD光學系統自動設計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結構設計”菜單時，出現設計窗口如圖2。圖2.雙膠合透鏡初始設計窗體在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統對該透鏡的、、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據系統結構具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。

在本OCAD光學系統自動設計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結構設計”菜單時，出現設計窗口如圖2。 圖2.雙膠合透鏡初始設計窗體 在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統對該透鏡的 、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據系統結構具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。a.

總結設計自由曲面或漸進透鏡理論上與傳統透鏡沒有區別，但是由于自由曲面上任一點都可以輕松增加或減少光焦度，所以我們需要額外的優化和分析手段。視場光焦圖和POWF操作數即是OpticStudio進行自由曲面設計時分管這一部分的功能。

構成光學系統最基礎的結構單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學系統進行初始設計階段都必然要從該類結構單元設計為起點。其中透鏡單元中最基礎的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結構形式。在選擇“系統結構單元初始設計”的菜單后出現的小窗體內有一個書簽式選項選擇上述五種透鏡的設計選項，如圖1所示。

附件下載聯系工作人員獲取附件簡介在這個例子中，我們研究一個球面菲涅爾透鏡。透鏡的曲率半徑為100cm，直徑為4.8cm。由于該結構的尺寸較大，我們必須使用該結構的二維近似。透鏡的焦點可以用FDTD遠場投影函數來研究。 鏡頭設計和設置我們將考慮基于簡單球面設計的菲涅爾透鏡。我們假設透鏡的曲率半徑為 100cm，透鏡直徑為 4.8cm。

在本OCAD光學系統自動設計軟件中在選擇“單透鏡及膠合透鏡結構設計”菜單時，出現設計窗口如圖2。 圖2.雙膠合透鏡初始設計窗體 在圖1中要求填寫透鏡的焦距、孔徑、系統對該透鏡的 、C要求值，再選擇使用玻璃材料的玻璃庫名以及根據系統結構具體情況決定玻璃組合形式是王冕在前還是火石在前。然后是選擇具體玻璃配對。在選擇玻璃配對時有三種方式。

本案例設計建立了一紅外加熱爐，并對模型進行了一定的簡化處理，基于COMSOL軟件的多物理場耦合相關模塊，仿真了爐內物體的加熱和冷卻過程。模型圖和仿真結果如下所示： 感興趣的朋友，歡迎交流合作！