Physics 版 (精华区)

发信人: pumpkin (pumpkin), 信区: Physics
标  题: 对光学设计的一点探讨
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月13日12:07:58 星期二), 站内信件

光学设计发展到今天，已经演化成计算机软件的辅助设计了，设计一款镜头似乎是一件轻
而易举的小事，市面上有数以千计的光学专利，其中不乏一些知名的设计，已经变成公共
财产的设计公式更是有好几百种，你可以随便用铅笔画一画草稿，计算机程序就会以闪电
般的速度帮你完成其它部分的修改。确实，光学软件给我们带来了高效率，降低了光学设
计的难度，在电脑科技高度发达的今天，镜头的设计比起往日相对要简单快捷，依靠电脑
设计过去无法制造出来的镜头，在今天都已成为可能。但是对于顶级镜头来说，光学工程
技术人员丰富的经验，学识和想象力，以及他们的团结协作，互相支持和关怀的精神是电
脑无法取代的。　　光学设计中，材料的选择是重要的环节，玻璃按下列各项质量指标分
类和分级：折射率和色散系数；光学均匀性；应力双折射；条纹度；气泡度；光吸收系数
等，如果您拥有较多的光学设计资料，这将是您进行光学设计的好帮手，您可以参考现有
的光学元件参数来进行您的光学设计，更是起到事半功倍的效果。本站给您提供了大量关
于光学材料的资料，棱镜资料和镜头资料，希望能够对您的设计带来一定帮助，也是您的
设计参考，如您手中有较好的设计方案，欢迎共享！ 

ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度
分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以
运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专
业版（可运算Non-Sequential）。 
　　ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，
且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优
化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定
义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设
Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及
文字文件。  

ASAP是功能强大的光学分析软件，是专为仿真成像或光照明的应用而设计，让您的光学工
程工作更加正确且迅速。ASAP让您在制作原型系统或大量生产前可以预先做光学系统的仿
真以便加快产品上市的时间。  
　　传统描光程序的速度是非常烦琐秏时的。ASAP对于整个非序列性描光工具都经过速度
的优化处理，让您可以在短时间内就可做数百万条几何描光的计算。光线可不计顺序及次
数的经过表面，还可向前，向后追踪。此外ASAP具有强大的指令集可以让您进行特性光线
以及物体的分析，包括： 选择你所要分析的物体上的光线；选择并独立出特定的光线群；
列出光线的来源（折射/反射/散射…）与以及其路径的变化；追踪光线的来源以及强度，
分析出您意想不到的杂散光路！  

 TracePro光学机构仿真软件： 
　　TracePro是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真软件
。它是第一套以ACIS Solid Modeling Kernel为基本的光学软件。也是第一套结合真实固
体模型、强大光学分析功能、数据转换能力强及易上手的使用接口的仿真软件。 TracePr
o多变化的应用领域包括： 照明（Illumination）；导光管（Light Pipes）；薄膜光学（
Tissue Optics）；光机设计（Optomechanical Design）；杂散光和激光泵浦。
 
TFCalc： 一个著名的光学薄膜设计软件，有超过35个国家的工程师和科学家用它进行膜系
设计。许多光学元件需要多层膜系设计，如棱镜、显示器、眼镜片等。为了控制从X射线到
远红外线的波长范围内的光的反射和透射，光学薄膜取决于它需要如何控制光的干涉和吸
收，TFCalc让您轻松的设计出您的光学系统中光学元件所需的薄膜层。

OptiWave系列光通信仿真设计软件  
OptiSys_Design（光通信系统设计）：
　　OptiSys_Design是一种开创性的光通信系统仿真软件包，用于在大部分光网络物理层
上绝大多数的光连接形式（包括从模拟视频广播系统到洲际骨干网）的设计、测试和优化
。作为系统级的基于实际的光纤－光通信系统仿真器，它实现了强大的仿真环境和对与系
统以及器件的之间层次等级的真实界定。作为客户还可以方便的把自己定义的器件无缝的
加入到通用器件之中以扩展其功能。客户可以用图形用户界面来控制光器件的摆放和连接
，器件的模型和示图。器件库中广泛的包含有源和无源的器件，包括它们实际上随波长而
变的参数表。参数环表同样可以使客户查到特定器件的规格对于整个系统性能的影响。 
OptiAmp_Design（光放大器设计）：
　　使用于EDFA工程师面临的从光器件搭配优化到系统互联和功率损耗的估计的各个应用
方面。通过最小输出功率、最大噪声指数、最大增益抖动、最小泵浦功率这些依赖于器件
的规格（泵浦波长范围、无源器件损耗和器件价格）的计算，可以很大程度上协助权衡ED
FA的价格和性能。软件所支持的功能包括用于单信道或WDM网络的单一或多重放大器；反射
的，分离信道区间，双向和增益带门限的放大器，环状线性光纤放大器，还有宽带光源。
软件利用代数学优化可以自动得到参铒光纤的长度，增益平坦光纤的频谱或WDM信道的预增
益，同时还仿真了电路反馈，从而维持全部信道所需的泵浦功率以及保证各个信道的功率
可以控制。
BPM_CAD（波导设计）：
　　BPM_CAD是一种强大的，界面友好，应用于各种集成器件和光纤导波计算的计算机辅助
设计软件包。 
IFO_Gratings（波导光栅设计）：
　　IFO_Gratings是用于带有光栅的集成或光纤器件建模的强大而界面友好的设计软件。
许多远程通信和传感器的运转都是利用光栅来调节光导模式之间的耦合。客户只须简单的
选择其中一项即可设定器件参数。 
Fiber_CAD（光纤设计）：
　　Fiber_CAD是为设计或使用光纤、光器件和光通信系统的工程师、科学家和学生们推出
的，此软件包通用、强大，通过融合光纤色散、损耗和偏振模色散（PMD）各个模型计算所
得的数值解来解决光纤模式传输问题。 
HS_Design （半导体激光器设计）：
　　一个动态的计算机辅助工程程序，通过基于物理层对异质结结构电学光学的特性仿真
来协助半导体光器件的设计。HS_Design利用对各个半导体层的精微仿真来分析生长时晶体
外延结构的光学特性，包括缓冲、分隔、蚀刻、接触、覆膜和金属化层。客户只需定义材
料系统（例如，砷化镓铝／砷化镓或砷化镓磷铝／磷化铝）和半导体层的技术参数（成分
、宽度和聚集掺杂浓度），则不仅能计算分层的自由载流子参数（净浓度和有效温度）所
表示的电子能带结构和复介电常数，光受复合多层结构的作用也可以表示。如果该结构表
示的是纵向层叠结构，那么传输，反射和吸收频谱也可以得到。如果被仿真的结构是一个
平坦的波导，那么横断模特性也能计算。
FDTD_CAD（时域有限元设计）： 
　　FDTD_CAD是用于高级有源和无源光器件的计算机辅助设计的强大而界面友好的软件。
FDTD_CAD的理论基础是时域有限元（FDTD）的方法，这种方法可以直接在时域中计算Maxw
ell方程。与其他必须假定传播场类型或特定的传播方向的方法不同，FDTD方法不对光的传
播行为简单的作任何事先假定。结果是，FDTD的计算能够提供任意时间点上整个计算窗内
全部或离散的时域信息。如果还需要频域的信息，用离散傅里叶变换（DFT）就可以得到相
应的数据。FDTD_CAD软件使用的FDTD方法的强大功能在于它把动态特性整合于一体，可高
效率地用于以下模型：光传输，散射，折射，反射，极化效应，材料各向异性，色散和非
线性，媒介损耗和增益。 
WDM_Phasar（导波光栅阵列设计）：
　　WDM_Phasar软件包提供了基于AWG的光复用分用和路由器件针对性的强大的设计和建模
工具。优越的图形用户界面（GUI）大大减低了设计时间，作为核心的能用鼠标控制的布局
设计器包含有一整套导波阵列模板以便最大限度的辅助设计。
 CODE V：是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一
系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公
差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏
振；全球综合优化光学设计方法。  
 

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