概述

這篇文章介紹了如何創建并使用包含自定義材料數據的材料庫。

介紹

在OpticStudio中材料數據以材料庫的形式進行管理，其中材料庫文件是擴展名為 .AGF的ASCII文本文件。這些材料數據庫 (Material Catalog) 包含每一種材料的折射率、熱擾動、透過率等數據，其中許多材料庫是由供應商直接提供給Zemax的，例如schott.agf、ohara.agf、infrared.agf等等。

需要注意的是在OpticStudio13及之前版本中材料數據庫的名稱為玻璃庫 (Glass Catalog)。名稱的改變是因為有更多種類的材料添加到數據庫中。

重要事項1：您不能編輯或修改由供應商提供給OpticStudio的材料庫數據。當您將OpticStudio軟件更新到一個新的版本時，安裝包中的所有文件（包括材料數據庫）將被新版本的文件覆蓋。因此，如果您想要添加自定義的材料，首先您需要創建一個新的材料庫，隨后您可以在該材料庫中添加任意數量的材料。該材料庫將不受OpticStudio更新的影響。

重要事項2：不要刪除您曾使用過的材料。如果您刪除了一種使用過的材料，則使用該材料的文件將無法進行光線追跡。正確的做法應該是將這種玻璃標記為“廢棄的 (Obsolete)”，并在備注區域解釋廢棄原因。我們將在后文中詳細討論。當系統檢測到您使用了一種廢棄的材料時會給出警告信息，但光線追跡仍將正確進行。

添加您的材料庫

所有的材料庫文件都默認保存在“我的文檔 (My Document) ”中Zemax目錄下的GLASSCAT文件夾中，您也可以在軟件系統選項卡 (Setup tab) > 配置選項 (Project Preferences) > 文件夾 (Folders) 中更改到自定義的目錄地址：

材料庫文件是擴展名為 .AGF的ADCII文件。每個 .AGF文件可能會附屬一個同名的 .BGF文件（二進制玻璃文件）。當OpticStudio使用 .AGF文件時會自動生成一個 .BGF文件，在任何情況下用戶都不應當編輯或使用這些 .BGF文件。只有 .AGF文件是重要的。

有兩種方法可以創建一個新的材料庫（本節使用MyCatalog.agf命名新建的材料庫文件）：

1、打開GLASSCAT文件夾，復制粘貼任意一個現有的 .AGF文件，將文件重命名為MyCatalog.agf。這將生成一個新的材料庫，并且庫中的材料數據與原材料庫的數據一致。在OpticStudio中您可以刪除或編輯這些材料。

2、在OpticStudio中，在數據庫 (Libraries) 選項卡 > 材料庫 (Materials Catalog) 中。選擇任意一個已經存在的材料庫，點擊“另存為 (Save Catalog As)”按鈕將材料庫另存為一個新的名稱。這將把當前材料庫中所有材料保存在新的材料庫中，并且這些材料可以被刪除或更改。

我們使用方法1創建MyCatalog.agf以供下文示例使用。該文件復制粘貼了OpticStudio中的默認材料庫文件“ANGSTROMLINK.AGF”。

將材料添加到材料庫中

啟動OpticStudio并點擊數據庫選項卡中的材料庫工具。在材料庫 (Catalog) 的下拉菜單中選擇“MYCATALOG.AGF”：

其中所有在“玻璃 (Glass)”中列出的材料均來自“ANGSTROMLINK.AGF”，這是因為該文件是我們復制創建的文件。在該工具中顯示的材料數據將根據“玻璃”中所選擇的數據而更新。玻璃的數據主要由以下幾個部分組成：

1、折射率數據。色散數據是通過色散公式（Schott，Sellmeier，Conrady等）進行輸入的。如果您有折射率的原始數據，OpticStudio可以自動為您擬合出不同色散公式的系數。您只需要點擊“擬合折射率數據 (Fit Index Data)”按鈕，并輸入不同波長下的折射率數據，點擊擬合折射率數據按鈕即可完成擬合。您也可以直接使用玻璃擬合 (Glass Fitting) 工具。更多信息請閱讀知識庫文章“Fitting Index Data in Zemax”。如果您不使用擬合工具進行擬合，您需要手動輸入折射率數據的大和小波長值。

2、熱擾動數據。OpticStudio可以根據參考溫度計算不同溫度下的折射率數據。其中數據D0, D1, D2, E0, E1, Ltk和TCE用來建立熱模型。玻璃擬合工具會將數據帶入不同溫度下進行計算，并終擬合出不同波長不同溫度下的折射率數據。更多信息請參考知識庫文章“How Zemax Calculate Refractive Index At Arbitrary Temperatures and Pressures”或幫助文檔中的“Thermal Analysis of Optical Systems”一節。

3、透過率數據。點擊“透過率 (Transmission)”按鈕并輸入材料的內部透過率。該數據表示材料的體吸收特性，且輸入時需要忽略表面反射的損耗。（表面反射只和玻璃的折射率、入射光的波長和角度、光的偏振態相關，與體吸收損耗無關）

4、其它數據。您可以在OpticStudio中提交材料的非光學數據。例如相對成本、抗腐蝕系數，環境穩定系數等。此外，您還可以對材料進行備注。其中，“狀態 (Status)”一欄可以定義材料當前的狀態，一般情況下易于生產制造的材料使用“ (Standard)”或“ (Preferred)”標注，不尋常的材料可以用“特殊 (Special)”標注，不再生產的材料用“廢棄 (Obsolete)”標注（一旦材料輸入到玻璃庫中并發布就不能進行刪除）。“熔煉 (Melt)”狀態一般情況下只由擬合熔融數據 (Fit Melt Data) 工具使用，您也可以根據需要手動輸入。

為了在材料庫中添加新材料，您需要在玻璃庫工具中點擊“插入玻璃 (Insert Glass)”。隨后您可以輸入該材料的相關數據并重命名為任意名稱。您可以使用“剪切玻璃 (Cut Glass)”按鈕來刪除材料。添加完新玻璃材料及刪除原材料庫的材料后，材料庫應如下圖所示：

在材料庫中可以包含很多種材料，通過在玻璃列表中選中任意一種材料（選中后高亮顯示）來顯示該材料的數據。您還可以為數據庫添加一個描述性的備注來注明日期和版本號。

測試數據

數據輸入完成之后，在使用前先對材料進行測試。OpticStudio中有許多工具可以進行材料的測試：

1、在材料庫工具中點擊“玻璃報告 (Glass Report)”或“玻璃庫報告 (Catalog Report)”按鈕，可以得到所輸入數據的詳細列表。

    2、將您的材料庫添加到現有系統設計中。在系統選項 (System Explorer) > 材料庫 (Materials Catalog) 中將自定義的玻璃庫“MyCatalog”從可用玻璃庫 (Catalogs To Use) 列表中移動到當前玻璃庫 (Catalogs Available) 列表中：

然后使用數據庫選項卡 > 材料分析 (Materials Analysis) > 色散圖 (Dispersion Diagram) 工具來查看不同波長下折射率的變化：

您還可以使用數據庫選項卡 > 材料分析 > 透過率曲線 (Internal Transmission) 工具來查看不同波長下材料透過率的變化。

使用數據

如果想使用新定義的材料，您只需要在透鏡編輯器或非序列元件編輯器窗口中的材料一欄輸入材料名稱即可。將材料的完整名稱輸入完后點擊回車鍵或Tab鍵，您可以看到編輯器這一行的顏色發生改變，這表示自定義的材料已經成功加載，該行的材料不再是空氣。