概要

我們經(jīng)常需要在沒有曲率、材料等具體數(shù)據(jù)的前提下來進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)建模。這篇文章講述了如何在OpticStudio黑盒文件無法使用的時候，使用澤尼克（Zernike）多項式作為替換方式，描述光學(xué)系統(tǒng)的波前像差并精確給出光學(xué)系統(tǒng)的成像結(jié)果。本文使用的附件請在以下鏈接下載：

http://customers.zemax.com/support/knowledgebase/Knowledgebase-Attachments/How-To-Model-a-Black-Box-Optical-System-Using-Zern/zernike.aspx

介紹

有時我們需要在不清楚光學(xué)系統(tǒng)細(xì)節(jié)參數(shù)的情況下進(jìn)行建模。這種情況下我們通常使用近軸透鏡進(jìn)行一階參數(shù)計算。但當(dāng)需要考慮波前像差時，可以使用澤尼克多項式對系統(tǒng)波前進(jìn)行精確建模。

針對這一應(yīng)用，OpticStudio內(nèi)置有強(qiáng)大的黑盒功能。但是當(dāng)黑盒文件不可用時（例如進(jìn)行物理光學(xué)傳播分析），我們可以嘗試如下方法。

如果您想在不提供設(shè)計文件的情況下將像差數(shù)據(jù)發(fā)送給您的客戶，或使用干涉儀測量沒有結(jié)構(gòu)參數(shù)的透鏡，您都可以使用OpticStudio中的澤尼克相位參數(shù)。根據(jù)干涉儀軟件的不同，測量數(shù)據(jù)可能為.INT文件以及網(wǎng)格相位數(shù)據(jù)等，OpticStudio支持全部這些數(shù)據(jù)格式，但在本文中我們只討論Zernike數(shù)據(jù)類型。

澤尼克相位數(shù)據(jù)可以表示光學(xué)系統(tǒng)在特定波長、特定視場下的成像質(zhì)量。由于光學(xué)材料、曲率半徑、非球面系數(shù)等并不包含在澤尼克數(shù)據(jù)中。因此無法通過對當(dāng)前視場和波長下對數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放得到其他視場或波長的數(shù)據(jù)。因此，采用這種方法需要對光學(xué)系統(tǒng)的每個視場和波長都生成對應(yīng)的澤尼克相位數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)文件可以單獨或統(tǒng)一輸入到OpticStudio中。

有一個很重要的特殊情況：當(dāng)系統(tǒng)全部使用反射面進(jìn)行建模時，則可以使用澤尼克標(biāo)準(zhǔn)面對特定視場下所有波長的成像結(jié)果進(jìn)行建模。詳情請參考官網(wǎng)知識庫文章：

http://customers.zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-use-the-zernike-sag-surface-to-model-an-all

初始結(jié)構(gòu)

首先我們以示例文件“Cooke one field, one wavelength.zmx”為例，該系統(tǒng)為庫克三片鏡結(jié)構(gòu)。如文件名所述，該文件只包含一個視場和一個波長。