ZEMAX软件应用专题：波前 (OPD) 怎麼算的
波前的計算
當我們說波前時，事實上通常是指波前 “差”，或是光程差，指的是同一件事。OpticStudio預設使用出瞳作為波前差的計算參考。因此，當我們要計算一條光線的OPD時，此光線會從物面出發後一路追跡穿過光學系統，最終到達像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點，半徑是主光線與像面交點到主光線與出瞳面的焦點。然後我們就計算這條光線的總光程，並扣去主光線的光程 (因此主光線的光程差永遠為零，因為他本身就是零的參考點)。
要驗證這個敘述，讓我們打開這個內建範例： \Documents\Zemax\Samples\Sequential\Objectives\Double Gauss 28 degree field.ZMX。
讓我們在像面之前新增兩個面，第一個面的厚度給予設定求解 = Pupil Position，第二個面給予設定求解 = Pickup，設定為前一個面的厚度乘以-1。並指定第二個面的Radius為求解Pickup，一樣是前一個面的厚度乘以-1。第二個面就是我們所說的參考球面。
目前為止設定如下：
https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/0f7a6213-21e3-43e1-a137-77f93fd0c734.pnghttps://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/88858080-2769-46db-a2f5-6e55176f41d5.png
然後我們在Merit Function中使用OPTH這個操作數驗證視場1、波長編號2，經過光瞳Py = -1位置的光線以及主光線，兩條光線在參考球面上的光程差。注意我除以波長編號2的波長 (wavelength)，因此單位會是波長 (waves)。下面可以看到我們算出來是0.272387 (須乘以一千倍)。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/dc684ff6-92dc-4c6b-8d40-e77424bcd410.png然後我們打開OPD Fan並設定如下圖，可以看到Py=-1的時候，波前差確實是-0.272387。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/6e24df07-458b-4d64-b7a2-ca864840789c.png現在讓我們來驗證看看離軸的視場，例如說我們想看最大的視場3。首先我們清空評價函數編輯器，然後先暫時把出瞳面的Radius設回無限大。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/9632a188-7b0b-43da-97ec-92e59f386545.png輸入以下資料到評價函數中，目的是計算主光線在出瞳面上的位置、角度以及到像面所經過的光程。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/a324de90-233a-4e0d-ac9e-7a8677959e9c.png記住這三個數字：
* Chief ray 在出瞳上的位置是1.651577781670081
* Chief ray在出瞳空間中的角度是11.96474523412040
* Chief ray從出瞳到像面的距離是110.4592649799319
https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/8173b6a6-0f82-40c2-89bb-8afafe413743.png接下來我們使用Tilt/Decenter工具來移動並傾斜出瞳，如下。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/969d92c9-2cfd-4d1d-9905-20cfbdb28f98.pnghttps://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/e6d413d1-77a6-4a0f-b890-0354c294b332.png然後可以看到系統自動加入兩個Coordinate Break以及相關設定，如下。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/00d1412a-c33b-4d78-99ae-94f19715bf99.png最後在確保把Chief的長度設定到出瞳的Radius上。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/f7bea958-1186-4d56-8f33-707cea7bf77b.png便可以看到系統現在如下。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/3dccffc8-884d-4477-8968-bb9a4b0fe66c.png打開評價函數，重新輸入以下數值驗證。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/1f2bc3ef-829f-4cb5-be87-ac3891b4cf40.png可以看到目前的最大視場 (Hy=1) 邊緣光線 (Py=-1) 的波前差等於3.555676，跟OPD Fan中的結果一致。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/733346df-dc50-49df-9201-f745ad215c40.png在Wavefront Map中也可以驗證到。https://uploads-us-west-2.insided.com/zemax-en/attachment/0d9d0f12-1a3c-4964-952b-1410664d2254.png
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