发射光学系统的仿真与分析

在完成发射光学系统的设计后，我们用光学设计软件Zemax 对发射光学系统进行仿真。

将两片平凸柱面镜的焦距和曲率半径等参数输入到Zemax 光学设计软件中进行模拟仿真，垂直和水平方向的仿真效果图分别如图4-2 和图4-3 所示。经过仿真，可以得到最终的透镜参数。

第一片透镜：长×宽=6mm×5mm，曲率半径为4.7mm，中心厚度为2.73mm，边缘厚度为2mm。

第二片透镜：长×宽=6mm×5mm，曲率半径为8mm，中心厚度为2.44mm，边缘厚度为2mm。

为了保证准直效果，在设计和安装中，激光器发光面离第一片透镜的距离为14.1mm，两片透镜之间的间距为7.7mm。

图4-2　发射光学系统垂直方向仿真图(www.xing528.com)

为了进一步获知发射系统的准直效果，我们对发射系统的出射光斑进行仿真，光束出射发射光学系统传输20m 时的光斑如图4-4 所示。从图中可以看到光斑的长宽近似为0.5m，表明发散角为25mrad×25mrad，满足设计要求。当发射功率为200W 时，20m 处光斑内的总功率为199.6W，传输效率为99.8%，表明光束在光学系统和空间传播时损耗很小。同时，从图中可以看出光斑内光束均匀性差，主要是由于激光器本身输出近似高斯分布的光束所导致。

图4-3　发射光学系统水平方向仿真图

图4-4　20m 处发射光斑光学仿真图

发射光束经过准直光学系统、分光镜以及反射镜后，光功率将会有所减小。准直光学系统和分光镜的每个光学镜片镀增透膜后，每个面的透过率可以达到99.8%，共计6 个透射面；反射镜的反射率可以达到95%。因此，整个发射光学系统的传输效率约为0.9986×0.95=93.8%。

设计并仿真通过后，这两片透镜交由长春金龙光电科技有限责任公司生产完成，型号为21J1310L3S，材料为H-K9L。