在光学系统设计与仿真领域，Zemax 作为行业标杆软件，其功能覆盖从基础参数设置到复杂场景模拟的全流程需求。本文围绕Zemax 中设置半视场角为8度及Zemax 倾斜入射配置方法两大核心操作展开，结合具体步骤、技术细节与延伸场景，为光学工程师提供高实用性的参考指南。
一、Zemax中如何设置半视场角为8度
半视场角（HalfFieldAngle）是定义光学系统成像范围的核心参数之一，直接影响边缘视场的像质与系统畸变控制。在Zemax 中设置8度半视场角需遵循以下流程：
1.视场数据编辑器配置
进入Zemax 的“LensDataEditor”（透镜数据编辑器），点击顶部菜单栏的“Fields”（视场）选项。在弹出窗口中，选择视场类型为“Angle”（角度），并设置单位为“Degrees”（度）。在“Y-Field”列输入“0”和“8”，分别代表中心视场与最大半视场角。若需多视场点分析，可通过“AddField”按钮添加中间角度值（如4度、6度），并设置权重系数以优化采样密度。
2.视场对称性与像高计算
对于旋转对称系统，Zemax 默认采用“Radial”对称模式，此时仅需输入Y方向视场值即可覆盖全视场。若需验证像面覆盖范围，可通过“Analysis”→“Calculations”→“ParaxialRayTrace”查看边缘视场对应的像高值。例如，当半视场角为8度时，像高计算公式为：
$$H=f\times\tan(\theta)$$
其中$f$为系统焦距，$\theta$为8度。用户可通过此公式反向校验参数合理性。
3.优化函数与像差平衡
在设置半视场角后，需通过Zemax 的“MeritFunctionEditor”（优化函数编辑器）添加约束条件。针对8度边缘视场，推荐添加“REAY”（实际光线Y坐标）操作数，目标值设为理论像高，权重设为1.0。同时，为抑制场曲与彗差，可联合使用“FCUR”“COMA”操作数，并将视场权重分配为“1-0.5-0.3”（中心-中间-边缘），以平衡全视场像质。
二、Zemax如何设置倾斜入射
倾斜入射是模拟离轴光学系统或非对称照明场景的关键技术。Zemax 提供多种实现倾斜入射的方法，以下以序列模式下的配置为例：
1.使用CoordinateBreak面
在透镜数据编辑器中插入“CoordinateBreak”面（面型代码为“COORDBRK”），通过调整“TiltAboutX/Y/Z”参数定义倾斜角度。例如，设置“TiltAboutX”为15度，可使光线以15度倾角绕X轴旋转入射。需注意，Zemax 的倾斜方向遵循右手定则，用户需结合全局坐标系确认实际入射方向。
2.倾斜与偏心组合设置
为实现复杂空间入射，可联合使用“Decenter”（偏心）与“Tilt”（倾斜）参数。在“COORDBRK”面的属性窗口中，勾选“DecenterBeforeTilt”或“DecenterAfterTilt”选项，分别对应先偏心后倾斜或先倾斜后偏心的操作顺序。例如，若需光线先沿Y轴偏移5mm再绕Z轴倾斜10度，则需选择“DecenterBeforeTilt”，并在“DecenterY”输入5，在“TiltAboutZ”输入10。
3.光线追迹验证与优化
完成倾斜设置后，通过“RayTrace”（光线追迹）功能验证光路是否符合预期。在“SystemExplorer”→“Aperture”中，将“ApertureType”设为“FloatByStopSize”，避免孔径遮挡导致光线丢失。对于高倾斜角系统（如超过30度），需在“Non-SequentialMode”（非序列模式）中启用散射分析，并添加“DetectorRectangle”物体捕捉倾斜入射的光强分布。
三、Zemax非序列模式下的激光二极管耦合分析延伸
基于上述倾斜入射场景，本文进一步延伸探讨一个与Zemax 高度相关的关键词——激光二极管耦合效率优化。该场景涉及非序列模式下的光源建模与光线追迹，具体流程如下：
1.光源参数定义
在Zemax 非序列模式下，插入“SourceDiode”物体模拟激光二极管。在属性窗口中设置关键参数：
X/YDivergence：根据二极管数据手册输入水平与垂直发散角（如10度×30度）；
Wavelength：设置中心波长（如635nm）及光谱宽度；
RayCount：建议至少生成1e5条光线以保证统计精度。
2.耦合光学系统构建
在光源后方添加耦合透镜组，通常包含准直透镜与聚焦透镜。使用“LensStandard”物体定义透镜曲率与材料（如N-BK7），并通过“BooleanObject”将透镜与机械结构（如支架）组合。为模拟倾斜安装的透镜，对其施加“Tilt/Decenter”参数，使光轴与二极管发射方向对齐。
3.效率分析与优化
在接收端放置“DetectorColor”物体，设置像素尺寸（如1μm×1μm）以捕获聚焦光斑。运行光线追迹后，通过“DetectorViewer”查看光斑尺寸与能量分布。耦合效率计算公式为：
$$\eta=\frac{P_{\text{detector}}}{P_{\text{source}}}\times100\%$$
若效率低于目标值（如80%），可返回序列模式使用“GlobalOptimization”功能，以效率为优化目标，调整透镜曲率与间距。
通过Zemax 中设置半视场角为8度的精准参数配置与Zemax 倾斜入射模拟技术的灵活应用，用户能够高效完成复杂光学系统的设计与验证。无论是传统成像系统还是激光耦合等前沿场景，Zemax 均展现出强大的建模与分析能力。结合非序列模式下的激光二极管耦合效率优化延伸实践，Zemax 进一步巩固了其在多学科交叉领域的核心工具地位。
