【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 涉條紋是等光程差 點(diǎn)的軌跡，因此，要分析某種干涉產(chǎn)生的圖樣，必求出相干光的光程差位置分布的函數(shù)。 若干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，一定是場(chǎng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光程差發(fā)生了變化，引起光程差變化 11 的原因，可能是光線長(zhǎng)度 L發(fā)生變化，或是光路中某段介質(zhì)的折射率 n發(fā)生了變化，或是薄膜的厚度 e發(fā)生了變化。 G2是一面鍍上半透半反膜， M M2為平面反射鏡， M1是固定的， M2和 G1精密絲相連，使其可以向前后移動(dòng)，最小讀數(shù)為 mm，可估計(jì)到 mm, M1和 M2后各有幾個(gè)小螺絲可調(diào)節(jié)其方位。當(dāng) M1和 M2‘ 嚴(yán)格平行時(shí)， M2會(huì)移動(dòng) ,表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從中心 “ 吐出 ” 或向中心 “ 吞進(jìn) ” 。 兩平面鏡之間的 “ 空氣間隙 ” 距離增大時(shí)，中心就會(huì) “ 吐出 ” 一個(gè)個(gè)條紋；反之則 “ 吞進(jìn) ” 。 M1和 M2‘ 不嚴(yán)格平行時(shí)，則表現(xiàn)為等厚干涉條紋，在 M2移動(dòng)時(shí)，條紋不斷移過(guò)視場(chǎng)中某一標(biāo)記位置， M2平移距離 d與條紋移動(dòng)數(shù) N的關(guān)系滿足。 L=Nλ /2 其中 L是物體移動(dòng)的距離， N是移動(dòng)的條紋數(shù)目， λ 是激光器出射波長(zhǎng) [7][8]。 ZEMAX 軟件介紹 ZEMAX是 美國(guó) Radiant Zemax公司所發(fā)展出的光學(xué)設(shè)計(jì) 軟件 ，可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與 照明系統(tǒng) 的照度分析， 也可建立反射，折射，繞射等光學(xué)模型，并結(jié)合優(yōu)化，公差等分析功能 ， 是套可以運(yùn)算 sequential及 NonSequential的軟件。 ZEMAX是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì) 仿真軟件 ，它將 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)概念、優(yōu)化、分析、公差以及報(bào)表整合在一起。 ZEMAX 不只是透鏡設(shè)計(jì)軟件而已，更是全功能的光學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件，具有直觀、功能強(qiáng)大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點(diǎn)，與其它軟件不同的是 ZEMAX的 CAD轉(zhuǎn)文件程序都是雙向的，如 IGES 、 STEP 、 SAT等格式都可轉(zhuǎn)入及轉(zhuǎn)出。而且 ZEMAX可仿真 Sequential和 NonSequential的 成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)， ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì) 程序是一個(gè)完整的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，是 將實(shí)際 光學(xué)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)概念，優(yōu)化，分析，公差以及報(bào)表集成在一起的一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件。包括光學(xué)設(shè)計(jì)需要的所有功能，可以在實(shí)踐中對(duì)所有光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化，分析，并具有容差能力，所有這些強(qiáng)大的功能都直觀的呈現(xiàn)于用戶界面中。 ZEMAX功能強(qiáng)大，速度快，靈活方便，是一個(gè)很好的綜合性程序。 ZEMAX能夠模擬連續(xù)和非連續(xù)成像系統(tǒng)及非成像系統(tǒng)。 ZEMAX能夠在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 實(shí)現(xiàn) 建模 、分析和其他的輔助功能。 ZEMAX的界面 12 簡(jiǎn)單易用，只需稍加練習(xí)，就能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)設(shè)計(jì)。 ZEMAX中有很多功能能夠通過(guò)選擇對(duì)話框和下拉菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也提供 快捷鍵 以便快速使用菜單命令。手冊(cè)中對(duì)使 ZEMAX時(shí)的一些慣用方法進(jìn)行了解釋，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò) 程和各種功能進(jìn)行了描述。 ZEMAX目前已經(jīng)是被光電子領(lǐng)域熟知的光學(xué)設(shè)計(jì)的首選軟件。該軟件擁有兩大特點(diǎn)，就是可以實(shí)現(xiàn)序列和非序列分析。在全球范圍內(nèi)，這款軟件已經(jīng)被廣大的應(yīng)用在設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)，照明，成像的使用系統(tǒng)，激光系統(tǒng)以及漫射光的設(shè)計(jì)應(yīng)用方面。 主要特色 (1)分析 提供多功能的分析圖形，對(duì)話窗式的參數(shù)選擇，方便分析，且可將分析圖形存成圖文件，例如： *.BMP， *.JPG．．．等，也可存成文字文件 *.txt。 (2)優(yōu)化 表欄式 merit function 參數(shù)輸入，對(duì)話窗式預(yù)設(shè) merit function 參數(shù)，方便使用者定義， 并且有 多種優(yōu)化方式供使用者使用，諸如 Local Optimization 可以快速找到佳值， Global/Hammer Optimization 可找到最好的參數(shù)。 (3)公差分析 表欄式 Tolerance參數(shù)輸入和對(duì)話窗式預(yù)設(shè) Tolerance參數(shù)，方便使用者定義。 (4)報(bào)表輸出 多種圖形報(bào)表輸出，可將結(jié)果存成圖文件及文字文件。 ZEMAX 仿真實(shí)現(xiàn) 模式選擇 成像模式 ZEMAX 用戶界面有兩種完全不同的模式：一種是共軸和共軸 /非共軸混合 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（ “共軸模式 ”），另一種是非共軸設(shè)計(jì)（ “非共軸模式 ”）。 共軸模式（序列模式）是指按照預(yù)先給定的順序從一表面追跡到另一表面。 ZEMAX 對(duì)表面進(jìn)行順序安排，起始面為物面，序列號(hào)為 “0”。物面后的第一面序號(hào)為 “1”，之后是 “2”“3”，以此類推，一直到像面。順序追跡光線意味著一條光線起始于 0表面，追跡到 1表面，然后到 2表面，等等。不會(huì)出現(xiàn)從第 5面追跡到第 3面得情況，即使這些表面的實(shí)際位置可能出現(xiàn)這種情況。非共軸模式（非序列模式）是指光線沿著自然可實(shí)現(xiàn)的路徑 13 進(jìn)行追跡，直到被物體攔截，然后折射、反射、或 者被吸收，這取決于物體的特性。光線繼續(xù)沿著新的路徑前進(jìn)。在非序列光線追跡中，光線可以按任意順序入射到任意一組物體上，也可以重復(fù)入射到同一物體上，這取決于物體的幾何形狀和特性。在共軸模式下，所有程序功能都可以使用，包括在任意表面放置非共軸組件。在這種模式下， ZEMAX追跡從物面多所定義的表面和非共軸組件的光線。這是設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)或者其他需要優(yōu)化、計(jì)算公差和進(jìn)行詳細(xì)象質(zhì)分析的系統(tǒng)時(shí)推薦使用的模式。非共軸模式下，為簡(jiǎn)化下面這些系統(tǒng)的分析，用戶界面和鏡頭數(shù)據(jù)被多次改變：只使用第一面，所有 NSC（非共軸元件）物體放在一 個(gè)非共軸組件中，這一組件放在第一面上。不適用物面和象面。適用 NSCE（非共軸元件編輯器）代替基本編輯器。不適用視場(chǎng)對(duì)話框。波長(zhǎng)對(duì)話框用來(lái)定義要 被追跡的波長(zhǎng)，只追跡源于 NSCE中的光線。 為了簡(jiǎn)化用戶界面，在非共軸模式下的菜單和按鈕中把不適用的功能都 清除 了。這些功能包括光線扇形圖、傳遞函數(shù)輸出、點(diǎn)列圖，以及其他很多只在共軸光線追跡中存在的功能。非共軸模式中的基本分析方式是追跡光線到一個(gè)或多個(gè)探測(cè)物體 ，考慮這些，我選擇了 非序列模式下 來(lái) 建立 邁克爾遜干涉儀的 模型 。 非序列模式下建立的模型 光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)主要由 6個(gè)部分組成，分別是光源、分束棱鏡（由 2個(gè)三棱柱組成）、參考鏡、樣品鏡和探測(cè)器組成。利用 ZEMAX軟件，在非序列模式下建立寬場(chǎng) OCT模型。首先，打開 ZEMAX，在 File里面選擇 NONSequential Mode（非序列模式）出現(xiàn) Component Editor 的編輯界面。接下來(lái)是各組成部分的建立： 1 光源的設(shè)置 點(diǎn)擊主選單 system下的 wavelengths，設(shè)置單色光波長(zhǎng) 為 。研究的 OCT 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)有 6個(gè)，在 ZEMAX中需要 6個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)這 6個(gè)組 成部分的仿真。點(diǎn)擊 Edit,找到 Insert after，重復(fù) 5次就能出現(xiàn) 6個(gè)模塊，然后雙擊 1的 Null Object（空物體），將 TYPE的下拉菜單中選中 Source Ellipse，表示面光源的意思。光源的主要參數(shù)設(shè)置有 layout rays設(shè)置成 5表示在平面圖和 3D圖中顯示 5條光線，然后將 analysis rays設(shè)置成 100000，表示分析 100000光線，分析的光線越多，所呈現(xiàn)的圖像清晰度就越高。然后將 power設(shè)置成 1W，表示光線的功率為 1W，因?yàn)楣饩€經(jīng)過(guò)分束棱鏡的折射投射后，會(huì)有一定得能量損 失，如果設(shè)定的功率不夠，很有可能得不到圖像，或者圖像不清晰。一般來(lái)說(shuō)光源即為坐標(biāo)原點(diǎn)，橫軸用 Z 表示，縱軸用 X 表示，高度用 Y 軸表示，單位均為 mm（毫米）。 14 2 分束棱鏡的設(shè)置 重復(fù) Insert after，將 2和 3設(shè)置成 Poly Object（多模塊），然后在 Data File 中選擇 （表示三棱柱） ， 設(shè)置 2旋轉(zhuǎn)度為 0， 3旋轉(zhuǎn)度為 180， 透反率設(shè)置成 99%的反射和 99%的折射，材質(zhì)設(shè)置為 BK7（普通玻璃），然后將模塊 2和模塊 3的 Z設(shè)置成 10，這樣一個(gè)分束棱鏡就設(shè)置好了。 3 參考鏡和樣品鏡的設(shè)置 參考鏡和樣品鏡我們可以選擇 Standard Surface（標(biāo)準(zhǔn)平面）， 將其材質(zhì)設(shè)置為 MIRROR(表示反射 )，樣品鏡的 Z設(shè)置為 30，參考鏡的 Z設(shè)置為 15， Y設(shè)置為 15，這樣參考鏡和樣品鏡就設(shè)置好了。 4 探測(cè)器的設(shè)置 模塊 6則是在 TYPE菜單中選擇 DETECTOR RECT (探測(cè)儀 )，設(shè)置 Z為 15， Y為 15。 這樣我們所需要的六個(gè)模塊都建立好了 ，可以觀察到平面圖形和 3D模型 [9]。 圖 非序列模式模型 參數(shù)設(shè)置 圖 ZEMAX設(shè)計(jì)的 邁克爾遜干涉儀 2D圖 15 面光源發(fā)出光線，經(jīng)過(guò)兩個(gè)分束棱鏡時(shí)發(fā)生反射和折射，反射光 經(jīng)過(guò)參考鏡 M1的發(fā)射后與經(jīng)過(guò)樣品鏡 M2反射的折射光線在空間進(jìn)行干涉，最后形成的干涉條紋 被探測(cè)器接受。 圖 ZEMAX設(shè)計(jì)的邁克爾遜干涉儀 3D圖 等厚干涉 如果 M1和 M2當(dāng)于不垂直，也就是 M1與 M2‘ 不平行而是成一很小的交角（交角太大則看不到干涉條紋），就出現(xiàn)等厚干涉條紋。條紋定域在空氣楔表面或其附近，條紋的形狀是一組平行于 M1與 M2的直條紋 。下面是 M1與 M2‘ 在不同傾角下的等候干涉圖樣 （設(shè)置參考鏡 M1和樣品鏡 M2距離為 15mm）。 16 (1)M1鏡與 y軸成 (2)M1鏡與 y軸成 (3)M1鏡與 y軸成 (4)M1鏡與 y軸成 圖 不同傾角下的等厚干涉圖樣 分析 根據(jù)以上四個(gè)圖我們可以得出結(jié)論，隨著傾角的增加，干涉條紋越細(xì)，條紋間距也越小，相同視場(chǎng)內(nèi)得到的干涉條紋數(shù)目也越多。我們可以設(shè)傾角為 ，相鄰的兩個(gè)暗（明）條紋間距為 b，則 其中 為光在真空真的波長(zhǎng)， n為介質(zhì)的折射率。 根據(jù)公式可得，當(dāng)波長(zhǎng)不變，折射率不變，傾角 越大， b也越小，即相鄰的兩個(gè)暗（明）條紋間距越小，模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果頁(yè)理論相符。 17 等傾干涉 當(dāng) M1和 M2‘ 嚴(yán)格平行時(shí)， M2會(huì)移動(dòng) ,表現(xiàn)為等傾干涉的圓環(huán)形條紋不斷從中心 “吐出 ”或向中心 “吞進(jìn) ”。 先保持其