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施密特-卡塞格林望远镜的设计(一)(2)

2016-01-04 01:03 包括辐射和相位面的图形、截面图、能量分布和光纤耦合，也可计算不在光轴上的倾斜光束。 温度分析 　 有些光学系统用在很广的温度范围或不在常温下使用时，需要考虑温度和压力的影响。 ZEMAX使用非线性温度模型，而不是简单的dn/dt近似。ZEMAX可以指定或优化温度膨胀系统的透镜或组件之间的间距，玻璃目录包括温度和压力数据，以支持温度效应分析计算，可以精确地仿真光学面的温度膨胀特性。 巨集 　 ZEMAX支持巨集语言，称为ZPL，其结构有点像BASIC，也支持函数调用、自定义数组、数字和字串、文本和图形输出等。针对更复杂的分析功能，ZEMAX支持延伸功能程序界面，叫Extensions，可在外部程序的控制下进行光线追迹、分析和优化，可用C或C++语言编写。 偏振光追迹 　 ZEMAX具有全面的偏振光追迹和分析能力，可以任意定义输入光线的偏振态，ZEMAX可考虑穿透、反射、吸收、偏振态、衰减和延迟。偏振光追迹可要求计算面和体材料的效应，面效应决定于面上的光学薄膜特性。 薄膜模型 　 ZEMAX具有薄膜的建模能力，可定义多层金属或介电质膜。薄膜可以用在介电质或金属基底上，可以由任意层数、任意材料组成，每种材料可以由复折射率定义。
扩展光源分析 　 在设计成像系统时，点光源能够精确描述很多方面的成像质量，但是扩展光源对观察畸变 (特别是非径向畸变)很有用，用来检查像的方向、分色及定量观察整个系统的性能。ZEMAX支持二种扩展光源：ASCII格式的光源，是一些简单的形状，如字母、方块等，也支持彩色的Windows BMP和JPG格式的光源，它可以对光源进行缩放、旋转，也可以放在视场中的任何地方。 材料建模 　 ZEMAX中有详细的体吸收模型，包括任意波长、任意厚度的玻璃穿透率，体吸收会使光线衰减，衰减的程度决定于光线的光程、材料特性和波长，所有材料都可以定义吸收或穿透特性。 偏振数据 　 ZEMAX可以定义偏振与非偏振入射光束，可在3D空间中追迹电场矢量，包括每个面的交点处之S和P分量，其偏振分析结果可以是表格数据或图形数据。 双折射材料 　
 ZEMAX可仿真双折射单轴晶体，如方解石。其介质的有效折射率是角度(与面法线及晶轴的夹角)的复函数，因此这些材料的光线追迹相当复杂，ZEMAX可全面地以3D处理传播的光线，可正确计算任何入射角、任意晶轴方向的任何偏振态之相位，也可考虑偏振穿透率，另外o光和e光的路径也可计算，其中还包含双折射材料库，任何色散的新材料都可以自定义。

2．施密特-卡塞格林望远镜的设计
2.1. 施密特—卡塞格林望眼镜介绍
 施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
  施-卡望远镜的设计是以伯恩哈德·施密特的施密特摄星仪为基础：使用球面镜做主镜（沿袭施密特摄星仪的设计）以施密特修正板来改正球面像差    承袭卡塞格林的设计，以凸面镜做次镜，将光线反射穿过主镜中心的孔洞，汇聚在主镜后方的焦平面上（有些设计会在焦平面的附近增加其他的光学元件，例如平场镜）。
 施密特-卡塞格林在制造商提供给消费者的望远镜上非常普遍，因为球面的光学表面不仅比长焦距的折射式望远镜容易制做。虽然这类望远镜比同口径的反射式望远镜价格要更昂贵，但是由于紧密的光学设计使它在依订设计的口径之内很容易携带，使它在严谨细致的天文爱好者中更受青睐，已经成为目前主流的业余高端天象观测仪器。高的焦比意味着它不同于前身的施密特摄星仪，不是一架广角的望远镜，但是它狭窄的视野很适合观测行星和深空天体。

 
 美国制Celestron星特朗C9.25施密特-卡塞格林式望远镜它有许多的变形（双球面镜、双非球面镜、或球面镜与非球面镜各一），可以被区分为两种主要的设计形式：紧密的和非紧密的。在紧密的设计中，修正板靠近或就在主镜的焦点上；非紧密的修正板则靠近或就在主镜的曲率中心上（焦距的两倍距离）。紧密设计的典型例子就是Celestron和Meade的产品，结合一个坚固的主镜和小而曲率大的次镜。这样虽然牺牲了视野的广度，但可以让镜筒缩成很短。多数紧密设计的Celestron和Meade的主镜焦比是f/2，而次镜是负f/5，产生的系统焦比是f/10。须要提出的例外是Celestron的C-9.25，主镜的焦比是f/2.3，次镜的焦比是f/4.3，结果是镜筒比一般紧密型的要长，而视野比较平坦。 （转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）
 非紧密的设计让修正板靠近或就在主镜的曲率中心上，一种非常好的施密特-卡塞格林设计例子是同心，就是让所有镜面的曲率中心都在一个点上：主镜的曲率中心。在光学上，非紧密型的设计比紧密形的能产生较好的平场和变型的修正，但镜筒在长度上却有所增加。
 在施密特-卡塞格伦系统，光通过薄的非球面校正透镜进入镜筒，然后接触球面主镜。    被球面主镜反射的光线折回镜筒开口中部的第二反射镜，然后再次被第二反射镜反射，光线通过镜筒内部中间的管子聚集在目镜形成图象。

2.2带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统的设计
 
 这个设计是要在可见光谱中使用。我们要一个10inches的aperture和10inches的back focus。开始设计之初，先把primary corrector System, General, 在aperture value中键入10，同在一个screen把unit”Millimeters”改为”Inches”

 
 
 再来把Wavelength设为3个，分别为0.486，0.587，0.656，0.587定为primary wavelength。你可以在wavelength的screen中按底部的”select”键，即可完成所有动作

 
 
 目前我们将使用default的field angle value，其值为0。依序键入如Zemax P.33页的starting prescription for schmidt cassegrain的LDE表，此时the primary corrector为MIRROR球镜片。你可以叫出2D layout，呈现出如下图所示
 
 
 
 现在我们在加入第二个corrector，并且决定imagine plane的位置。键入如Zemax P.33 Intermediate prescription for schmide cassegram的LDE，注意到primary corrector的thickness变为-18，比原先的-30小，这是因为要放second corrector并考虑到其size大小的因素。在surface4的radius设定为variable，透过optimization, Zemax可以定下他的值。先看看他的layout，应如下图所示。/ m4 a8 o" y9 j/ R# @1 ^2 }- H

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 叫出merit function, reset后，改变”Rings” option到5。The rings option决定光线的sampl