寫在前面：
前面《光刻機鏡頭光學設計探秘. 第二部分euv》文中解釋的光學系統為6片式離軸非球面反射系統，通過它我們了解到了離軸反射系統的獨特魅力。
由於共軸反射系統光束遮擋，有很多應用場景也都要使用離軸反射系統，當然，這些應用不需要euv光學系統這麼高的複雜度，其中就以離軸三反這種應用居多。本文以離軸三反成像系統的表親——可攜式光譜儀光路為例，簡介離軸反射式系統的zemax建模方法。
當然，光譜儀光路也是光通訊器件中mems tunable filter/wss/dgm等模組的基本光路形態。
提示：本文將用到較多coordinate break，請同學們盡量先熟悉zemax中coordinate break面型定義和座標變換的基本方法，要麼看起來會有點懵…
keywords:
off axis reflecting system, opticalspectrum analyzer
拋物面反射鏡：
照我的習慣，還是從最基本的定義開始。
拋物線定義：到定點與定直線距離相等的點的軌跡，其中定點為拋物線焦點，定直線為拋物線準線。
圖中定義：
現在我們來計算由左方拋物面焦點發出的光線徑拋物線反射到左方與光軸垂直線的光程l。
l=d+(h-d')，∵ d=d'，∴l=h，
由以上推導可知，由拋物線焦點發出的光線，徑拋物面反射後到左側定直線的光程總為定值。
進一步的，我們可以得到軸對稱拋物面的特性：由拋物線焦點點光源發射的發散球面波經拋物面反射後，變成了完善平面波。
有了上述結論，我們來建立模型第乙個拋物面反射鏡。
model step 1: 1st piece - paraboloid mirror - off axis
波長：f/d/c可見光
模型中定義：
standard面型，conic=-1時對應拋物面，efl=radius/2；
使用afocaltype，上圖spot diagram中也能確認拋物反射面後成完善平面波。
緊接著，我們為第1片反射面做離軸處理。大致的離軸量或入射角可在軸對稱時求得，對於此efl=100mm的拋物面，入射物方na=0.2，入射角大約在12°以上時就可避免遮擋，先來個15°離軸入射角。如下圖所示：
這裡用了乙個緊跟著obj面的coordinate break來做離軸入射角，這麼做比較好放拋物面焦距。
為了看起來舒服，可將global coordinate reference-全域性座標參考放在obj面上，如下圖所示。這樣設定在最終出圖，算全域性座標的時候也會比較方便。
注意，這時沒調整離軸孔徑，因為後續設計必然要優化，所以一般是設計完活兒的時候調整。
model step 2: 2nd piece - reflective grating
假設使用400l/mm的反射式閃耀光柵，閃耀級次+1級，光柵aoi=25°，這也是系統第2個反射面。
同樣需要使用coordinate break來調整grating 面的tilt x，從而得到合適的aoi。
同時，使用了乙個decenter y的cheif ray solve來讓光柵面中心跟隨入射主光線。
經過光柵之後，可見光f/d/c波長已經被光柵色散分開為不同角度。下面，再加入第3個反射面，將光斑聚焦於ccd成像面上。
model step 3: 3rd piece - imaging mirror
為了將不同波長的光斑分的更開，暫且將第3片設定為efl=130mm的拋物面反射鏡。
此面加入coordinate break的方式與光柵類似，區別是先將grating之後的左邊變為與其波失方向垂直，然後再使用decenter y將此面離軸。最終光斑在ima面形成約9mm寬的光譜成像區域。
再接下來需對第3麵麵型、tilt+decenter、ima面z thickness、tilt x做優化，控制變數為各面邊緣座標，以避免元件及光路的位置干涉，以得到最佳的光斑大小。暫時我犯懶，等以後有心情再搞吧…
final step:
最終，確定離軸量及有效孔徑，得到實際系統layout。
總結：知識無價，付出有償，望請相互尊重。
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