1. 课程导入与工具准备

微透镜阵列（Microlens Array，MLA）是一类由多个微米级透镜按规则排布构成的光学元件，常见于匀光照明、光束整形、波前传感、光场成像、光纤耦合与激光整形等系统。它的光学行为与单个透镜有本质差别：单个透镜只决定一个孔径内的相位分布，而阵列通过单元孔径、单元面形、排布周期、填充因子与阵列整体口径共同决定出射光场的分割、叠加与干涉。因此，微透镜阵列的光路仿真不是"画几个小透镜"那么简单，而是要在 Zemax OpticStudio 中正确表达阵列的几何周期性与每个单元的光焦度，并让追迹光线在正确的坐标与单位下穿过这些单元。

本课程的学习目标可以归纳为三层。第一层是建模能力：能够在非序列模式（Non-Sequential Mode）中建立单透镜单元、复制为规则阵列、设置材料与镀膜，并让探测器正确接收。第二层是仿真能力：能够设置光源（如准直高斯光束或点光源）、追迹足够数量的光线、读取探测器上的照度分布与光斑尺寸，判断匀光效果或聚焦位置。第三层是工程判断能力：能够根据仿真结果反推设计参数是否合理，例如单元焦距与阵列周期的匹配、工作距离的选择、衍射效应是否需要额外考虑。这三层目标决定了本课程后续章节的组织方式：先建立可运行的模型，再逐步加入真实约束。

安装与界面认知：先建立"文件—单位—坐标"三件事

安装 Zemax OpticStudio 时，建议选择默认安装路径，并确认许可证类型（单机加密狗或网络许可证）可用。首次启动后，界面主要由菜单栏与工具栏、镜头数据编辑器（Lens Data Editor）、图形窗口（Layout）、分析窗口（Analysis）与状态栏构成。非序列模式下，镜头数据编辑器会变为非序列元件编辑器（Non-Sequential Component Editor，NSCE），每一行是一个"物体（Object）"，列包括物体类型、参考物体、位置（X、Y、Z）、倾斜（Tilt About X/Y/Z）、材料、镀膜、孔径等。理解"物体行"是理解整个非序列建模的关键：阵列不是特殊对象，而是由多个物体行按坐标规则排布出来的。

单位与坐标系是初学者最容易出错的地方。OpticStudio 的默认长度单位是毫米（mm），可在系统选项中修改，但本课程统一使用毫米，避免中途切换造成混乱。坐标系约定为右手系：+Z 为光轴传播方向，+Y 向上，+X 向右；物体位置以"参考物体"的局部坐标系为基准，倾斜按右手定则绕对应轴旋转。微透镜阵列的单元尺寸常在几十微米到几毫米之间，因此建模时务必在数值上保持毫米量级的一致性，例如单元口径 0.5 mm、阵列周期 0.52 mm、单元焦距 2 mm，而不是混用微米与毫米。

建立第一个空白项目并保存

启动 OpticStudio 后，通过 File → New 新建文件，在模式选择中选非序列（Non-Sequential）。此时 NSCE 默认包含一个"Source Ray"或空物体行，具体取决于版本模板。建议先做三件"清场"工作：在 System → General 中确认长度单位为 Millimeters；在 System → Apertures 中设置系统孔径类型为"Object Space NA"或"Entrance Pupil Diameter"，本课程示例采用入瞳直径 3 mm 以覆盖阵列整体口径；在 System → Wavelengths 中保留 0.550 μm 作为主波长，并可按需加入 0.486 μm 与 0.656 μm 用于色差观察。

随后保存项目。建议建立清晰的目录结构，例如 D:\MLA_Course\Ch01\MLA_v01.zmx，文件名带版本号，便于后续对比不同参数。保存后重新打开一次，确认文件可正常加载、NSCE 内容未丢失。这一步看似简单，却是工程习惯的起点：微透镜阵列建模往往需要反复迭代参数，没有版本化保存，后续很难回溯"哪一版是有效的"。