Chương 1 TỔNG QUAN PHẦN MỀM ZEMAX 1.1 Giới thiệu về phần mềm Zemax Zemax là một chương trình thiết kế quang học thường được sử dụng cho Microsoft Windows của công ty Mỹ Zemax LLC. Zemax được sử dụng cho việc thiết kế và phân tích của cả hai hệ thống chụp ảnh và chiếu sáng. Zemax ban đầu được viết bởi Ken Moore và là chương trình thiết kế quang học đầu tiên được viết riêng cho Windows. Zemax được thương mại hóa vào năm 1990.
Phiên bản đầu tiên được gọi là Max. Sau đó được đổi thành Zemax do xung đột nhãn hiệu. Chương trình ban đầu được phân phối bởi Focus Software mà sau này trở thành Zemax Development Corp. Sau đó sáp nhập với Radiant Imaging vào năm 2011 để tạo thành Radiant Zemax.
Năm 2014, Radiant bán Zemax cho các đối tác của Arlington Capital, đặt tên công ty là Zemax, LLC. Phiên bản mới nhất của zemax hiện nay có tên Optic Studio. Zemax là một chương trình thiết kế quang học được sử dụng để thiết kế và phân tích các hệ thống quang học như thấu kính camera, cũng như các hệ thống chiếu sáng. Nó hoạt động bằng cách dò tia - mô hình hóa sự truyền tia qua hệ thống quang học.
Phần mềm có thể mô phỏng hiệu ứng của các yếu tố quang học như thấu kính đơn giản, thấu kính aspheric, thấu kính gradient, gương, các yếu tố quang học nhiễu xạ, … và có thể tạo ra các sơ đồ phân tích tiêu chuẩn. Zemax cũng có thể mô phỏng hiệu ứng của lớp phủ quang học trên bề mặt của các dụng cụ. Phần mềm bao gồm một thư viện đa dạng các ống kính thương mại. Zemax có thể mô phỏng các hệ quang học tuần tự và không tuần tự sau đó thực phân tích các tính chất quang học hay sự truyền tia quang vật lý.
Đồng thời Zemax cũng có khả năng dung nạp, cho phép phân tích ảnh hưởng của lỗi sản xuất và lỗi lắp ráp. 12 Nhờ tính năng mô phỏng các hệ quang học nên Zemax cũng có thể được sử dụng cho các vấn đề phân tích nhiễu xạ quan trọng, bao gồm việc truyền tia trong các chùm laser hay sự kết hợp ánh sáng thành sợi quang đơn. Các công cụ tối ưu hóa của Zemax có thể được sử dụng để cải thiện thiết kế ống kính ban đầu bằng cách tự động điều chỉnh các thông số để tối đa hóa hiệu suất và giảm quang sai. Giao diện phần mềm Zemax - Zemax có giao diện bắt đầu như sau: Hình 1.
Giao diện Zemax. - Giao diện người dùng (hình 1.1) bao gồm ba yếu tố chính: 1. Khung chương trình bao gồm dải menu, thanh công cụ trên cùng và thanh trạng thái tại đáy. Bảng Lens Data Editor (trình chỉnh sửa dữ liệu ống kính).
Hầu như tất cả dữ liệu được nhập thông qua bảng này, cho phép các tham số xác định hệ thống quang học và liên kết với nhau hoặc được tối ưu hóa theo yêu cầu người dùng. Trình chỉnh sửa dữ liệu ống kính hiển thị một chuỗi các cột nhập dữ liệu như bán kính 13 cong, độ dày, loại kính, nửa đường kính thiết bị và hình nón. Tiếp đến là một loạt các tham số, có nhãn từ 0 đến 12. Cuối cùng là cột Hệ số phát nhiệt (TCE) và lớp phủ (chỉ sử dụng EE).
Cửa sổ phân tích là kết quả của một số phép tính mà chương trình đã thực hiện.3 Lens Data Editor (Trình chỉnh sửa dữ liệu ống kính) Trong tia theo dõi tuần tự (Sequential), ánh sáng được bắt nguồn từ nguồn của nó, được gọi là bề mặt “Object” - bề mặt 1. Sau đó đến bề mặt 2, 3, … cho đến khi nó rơi trên bề mặt 'Image' (ảnh) cuối cùng. Các bề mặt được chèn vào hoặc xóa trong trình chỉnh sửa bằng cách sử dụng phím “Insert” hoặc “Delete” hoặc bằng menu “Edit”. Chiều rộng cột có thể được thay đổi bằng cách đặt con trỏ ở hàng trên cùng - trên dấu tách cột.
Khi con trỏ chuyển thành ký hiệu ↔, hãy nhấp và giữ nút chuột trái để thay đổi kích thước cột. Cột và hàng có thể được ẩn hoàn toàn (và bỏ ẩn) bằng cách sử dụng menu “View”. 'V' bên cạnh một số tham số có nghĩa là tham số này là 'biến'. Trong ZEMAX được phép thay đổi các giá trị trong các ô để cải thiện hiệu suất.
Bảng nhập dữ liệu Lens Data Editor. Các bề mặt cũng có các thuộc tính không hiển thị trực tiếp trong trình soạn thảo. Thường là những thuộc tính được thiết lập và sau đó không thay đổi. Để xem các thuộc tính này, chọn mục “Type” của bề mặt đã chọn và nhấp đúp.
Ngoài ra, nhấp vào bất kỳ nơi nào trên hàng đã chọn và chọn “Edit” → Surface Type: hộp thoại nhiều tab xuất hiện. Từ danh 14 sách thả xuống của “Surface Type drop-down”, có thể chọn loại bề mặt: hình cầu, nhiễu xạ, hình xuyến, v. Hộp thoại Properties của bề mặt.4 Cửa sổ phân tích (Analysis Window) Cửa sổ phân tích cung cấp dữ liệu dựa trên đồ họa hoặc số liệu của ống kính được nhập trong Lens Data Editor. Cửa sổ phân tích không bao giờ thay đổi dữ liệu ống kính: chúng cung cấp thông tin chẩn đoán về các khía cạnh khác nhau của hiệu suất hệ thống ống kính.
Cửa sổ phân tích có tất cả hoạt động trên cùng một giao diện: - Nhấn vào mục menu “Update” hoặc nhấp đúp vào bất kỳ vị trí nào trong cửa sổ phân tích “Analysis Window” bằng nút chuột trái sẽ tạo cửa sổ phân tích tính toán lại. - Nhấn mục menu “Text” sẽ hiển thị dữ liệu cơ bản đang được trình bày đồ họa. - Mục menu Window cho phép bạn truy cập vào các tùy chọn Copy, Export as Bitmap, Export as Text File, etc. Một cửa sổ phân tích điển hình.
Tất cả các cửa sổ phân tích có cùng một thanh trình đơn. Nhấp vào mục menu “Settings” hoặc nhấp chuột phải vào bất kỳ vị trí nào trong cửa sổ phân tích sẽ hiển thị hộp thoại Settings (Cài đặt): Hình 1. Hộp thoại Settings.5 Hệ thống System Ngoài các bề mặt của hệ thống quang học, ta cũng cần xác định ánh sáng tới trên hệ thống quang học - được thực hiện với menu System: 16 Hình 1. Các mục trong System.
Và với bộ 3 nút: Gen (độ rộng chùm), Fie (xác định chiều cao vật) và Wav (xác định bước sóng): Hình 1. Bộ ba nút Gen, Fie và Wav.6 Hộp thoại General Hộp thoại General chứa các thiết lập áp dụng cho toàn bộ thiết kế ống kính. Hộp thoại General. 17 - Tab quan trọng nhất là tab Aperture - xác định độ rộng chùm ánh sáng tới.
- Tab Units: đơn vị thấu kính (mét, cen-ti-mét, inch).7 Hộp thoại Field Data Để mở hộp thoại này, chọn System → Field hoặc chọn nút “Fie”. Thuật ngữ "Field" là viết tắt của “field-of-view” và được định nghĩa theo ba cách, một trong số đó hỗ trợ hai tùy chọn: • Chiều cao của vật (object) tạo ảnh. • Chiều cao của ảnh tạo thành, có thể được chọn là hình ảnh thực hoặc ảnh ảo. • Góc được phụ thuộc bởi chiều cao vật (objects) tại thấu kính.
Hộp thoại Field.8 Hộp thoại Wavelength Data (dữ liệu bước sóng) Để mở hộp thoại này, chọn System → Wavelength hoặc chọn nút “Wav”. Bước sóng nhập vào luôn ở đơn vị micrometer. Độ lớn bước sóng có thể được sử dụng để xác định cường độ phổ tương đối hoặc đơn giản để xác định bước sóng nào là quan trọng nhất trong thiết kế. Bước sóng 'chính' được sử dụng như một bước sóng mặc định.
Ví dụ, nếu được yêu cầu tính toán độ dài tiêu cự hiệu dụng, Zemax sẽ tính toán nó ở bước sóng chính nếu không có bước sóng nào được xác định. Hộp thoại Wavelength Data. Trên đây là những hộp thoại cơ bản trong phần mềm Zemax giúp ta mô phỏng tương đối đầy đủ một hệ quang không quá phức tạp lên phần mềm. Zemax còn có nhiều chức năng khác nữa, ở phần mô phỏng sẽ đi vào những chức năng phức tạp hơn.
19 Chương 2 HỆ GREEN LASER POINTER. Green Laser Pointer (Laser xanh lục) đồng thời là laser rắn. Các laser rắn khác nhau sử dụng các cụm diode laser khác nhau, nhưng được sản xuất theo kiểu tương tự nhau. Vì vậy, ở phần này sẽ trình bày giới thiệu về laser rắn và quy trình sản xuất các bộ phận trong laser rắn - cũng là các bộ phận tương tự trong laser xanh lục.1 Giới thiệu chung về Laser rắn Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức".
Laser rắn sử dụng vật liệu tinh thể rắn làm môi trường hoạt chất và áp dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng. Laser rắn có sự khác biệt với laser bán dẫn và laser diode. Lý thuyết được sử dụng để sản xuất laser được công bố vào năm 1958 bởi các nhà nghiên cứu tại Bell Labs [2]. Tia laser đầu tiên, được chế tạo vào năm 1960 là laser Ruby, laser này sử dụng Ruby làm môi trường hoạt chất.
Ngay sau đó các nhà khoa học nghiên cứu và chế tạo ra nhiều laser khác sử dụng nhiều chất khác làm môi trường hoạt chất. Laser trạng thái rắn hiện đại không khác nhiều so với nguyên mẫu ban đầu. Tuy nhiên, trong khi các tinh thể ruby đã và đang tiếp tục vị trí của chúng, phần lớn các laser trạng thái rắn hiện đại sử dụng vật liệu pha tạp neodymium (Nd) như Nd: YAG (Yttri Aluminium Garnet là Y3 Al5O12 ), Nd: YVO4 , Nd: Glass khác. Chúng có ngưỡng phát quang thấp hơn nhiều so với ruby cũng như các tính chất vật lý và quang học mong muốn khác.2 Quy trình sản xuất các bộ phận cơ bản của laser rắn - Các diode laser được sản xuất trong nhà máy- nơi các vật liệu bán dẫn được sản xuất với điều kiện rất sạch sẽ và được kiểm soát cẩn thận.
Chất nền là vật liệu cơ bản mà trên đó các vật liệu khác sẽ được lắng đọng. Đế của chất nền được sản xuất, làm sạch và chuẩn bị. Sau đó, nó trải qua nhiều giai đoạn và các lớp vật liệu được lắng đọng trên đế. Một số lớp này chỉ dày vài nguyên tử.
Các lớp này có thể dẫn điện 20 (kim loại như nhôm và vàng) hoặc chất bán dẫn. Những lớp này cũng có thể được thay đổi khi tiếp xúc với các hóa chất khác. Sau khi tất cả các vật liệu được lắng đọng trên đế, nó được cắt hạt lựu (cắt rời, thường thành các phần hình chữ nhật) thành các diode riêng lẻ. Các diode sẽ được kiểm tra và diode nào không hoạt động sẽ được loại bỏ.
Diode laser đạt chuẩn sau đó được đóng gói trong một hộp nhựa có dây dẫn kim loại để kết nối điện.