ZEMAX與MATLAB動態數據交換及其應用

摘要：為了將Zemax的光學系統設計和分析功能與Matlab強大的矩陣計算和數據分析功能很好地結合起來，對Matlab和Zemax的DDE（dynamic data exchange 動態數據交換）通信技術進行了研究，并將其應用于計算機輔助調腔技術的數值模擬過程中。通過動態數據交換完成Matlab對Zemax的控制，實現了二者之間的數據傳遞，即在Matlab的控制下，實現對光學系統結構的改變，并獲取輸出光束的Zernike多項式系數值,從而大大方便后續數據處理工作。同理，其逆過程可以將計算得到的結果反饋到光學系統中，用于系統優化。二者的動態數據交換技術可提高研究過程中數據的可靠性和工作效率。

引言

多年來，很多單位引進了ZEMAX軟件，它是一家美國公司推出的一個綜合性光學設計軟件。功能強大，集成了現在的光學設計工程師們想擁有的所有超強特性，包括設計、優化、分析、公差估計、各種光學系統像質評價與系統圖以及報表文檔輸出，支持用戶開發的宏和擴展動態鏈接庫等諸多功能"并通過簡便直觀的用戶界面，為光學系統設計者提供了一個方便快捷的操作手段。由于其優越的性價比，近幾年來ZEMAX在光學設計領域所占份額越來越大，在全球已經成為最為廣泛采用的軟件之一。在我國，使用ZEMAX進行光學設計的技術人員也與日俱增。

而Matlab由于其集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，可方便地應用于數學計算、算法開發、數據采集、數據分析和可視化等方面，編寫程序更加快捷方便，在科研領域得到了普遍應用。

在光學系統測試和模擬中，不僅需要經常用ZEMAX產生一些圖表和數據信息，還要經常對這些數據進行分析和處理。這個過程顯然只在ZEMAX中是不易完成的，具有強大的科學計算功能的Matlab成為首選"所以把Matlab和ZEMAX連接起來相互傳遞數據，可以發揮它們各自的優勢，大大提高了工作效率。這就要求Matlab和ZEMAX之間能夠進行動態數據交換（簡稱DDE）本文通過研究，對Matlab和ZEMAX之間的DDE技術進行了介紹，并將其應用于諧振腔的計算機輔助調節過程中。

1 DDE技術簡介

DDE是允許各WINDOWS應用程序間交換數據的通信機制。應用程序可以借助DDE通話實現彼此間的通信。請求建立對話的應用程序稱為客戶(CLIENT)，而響應對話請求的應用程序被稱為服務器（SERVER）。WINDOWS平臺上的Matlab作為一個應用程序，也具有借助DDE與其他應用程序通信的功能。

在ZEMAX和Matlab的DDE通信中，ZEMAX通常是作為SERVER而Matlab作為CLIENT。對ZEMAX的操作通過一系列數據項的通信對話實現，這些數據項稱為"item"。這些item可以讓ZEMAX執行某個功能或進行某項計算。

當Matlab以客戶身份建立DDE通信時，可以使用Matlab DDE客戶函數建立和保持對話。Matlab客戶模塊包括一系列函數，這里主要介紹一下我們用到的一些函數的功能：

1）ddeinit:啟動DDE對話，建立一個通道號，以后的操作均通過這個通道號，以后的操作均通過這個通道號進行。

圖1.DDE通信技術在計算機輔助調腔中的運用過程框圖

1.凸面鏡；2.凹面鏡；3.輸出耦合鏡；4.小平面鏡

圖2.用ZEMAX模擬的處于失調狀態的諧振腔

圖3.系統調整前的干涉圖

圖4.系統調整前的干涉圖

計算機輔助調腔的整個模擬過程中需要經常使用ZEMAX對光學系統的結構進行變化，不斷獲取系統數據，并利用Matlab進行計算與處理，然后再反饋給失調的諧振腔系統。由以上簡單運用實例可以看出，ZEMAX和Matlab的DDE通信技術在該計算機輔助調腔研究中的應用是行之有效的，大大提高了整個過程的工作效率。

4 結論

本文對zemax和Matlab之間的動態數據交換做了研究，并將其在光學諧振腔的計算機輔助調節的模擬過程中的運用做了舉例介紹。在二者的通信對話中ZEMAX只需要打開即可，對光學系統的操作，信息獲取以及數據處理等工作在Matlab中完成+這樣減少了數據獲取和復制的人為差錯，能夠提高計算精度和結果的可信度，并且可以大大提高工作效率，縮短在優化光學系統時的數據處理時間，為該技術在其他方面的多種應用研究提供了參考與借鑒。

審核編輯：湯梓紅