在第11课中，我们设计了一个激光束整形器，以平整化小型HeNe激光器的高斯光束轮廓。 为了降低制造成本，我们尝试用球面的设计来达到这个目标，因为它比非球面更容易制造。 使用一个六片透镜设计，这似乎符合我们的规格。 也许这种设计可以进一步改进，但我们也必须要考虑六片球面镜是否比两片非球面镜更便宜。 如果不是，那么非球面设计看起来更具吸引力。
让我们使用和第11课中相同的双透镜结构开始，进行修改，以便我们只将光通量平坦化为1 / e ** 2点。 得到两倍的孔径似乎是不切实际的，需要需要再次优化。 下面是初始结构文件：
RLE
ID LASER BEAM SHAPER ! Beginning of lens input file
WA1 .6328 ! Single wavelength
UNI MM ! Lens is in millimeters
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture at the 1/e**2 point.
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist .
2 RD -5 TH 2 GTB S
SF6 ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog
3 UMC 0.3 YMT 5 ! Solve for the curvature of surface 3 so the marginal ray has an angle of 0.3; find
!spacing so ray height is 5 mm on next surface
RD 20 TH 4 PIN 2 ! Guesses for surface 4
UMC 0 TH 50 ! Solve for curvature of 5 so beam is collimated.
7 ! Surfaces 6 and 7 exist
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output.
END ! End of lens input file.
优化命令如下
CHG
NOP ! Be sure there are no pickups or solves. 确保没有拾取或解决方案。
4 PIN 2
5 TH 10 UMC 0 ! move surface 6 before the caustic在焦散前移动表面6
END
PANT ! Start of variable parameter definition. 开始定义变量参数
VLIST RAD 2 3 4 5 ! Vary four radii. 四个半径变化
VLIST TH 3 ! Vary the central airspace. 改变中心的空气间隔。
VY 3 CC ! Vary the conic constant on surface 3. 改变表面3上的圆锥常数
VY 4 CC ! And on surface 4. 改变表面4上的圆锥常数
VY 3 G 3 ! Add three aspheric terms to surface3. 向表面3添加三个非球面项
VY 3 G 6
VY 3 G 10
VY 4 G 3 ! And three to surface 4. 表面4也添加3个球面顶
VY 4 G 6
VY 4 G 10
END
AANT ! Start of merit function definition. 开始评价函数定义
AEC ! Enable automatic edge feathering control. 启用控制边缘厚度
ACC ! Enable automatic center thickness monitoring启控制中心厚度
ASC ! Enable automatic slope control, so curves don’t get too steep. 启用自动坡度控制，因此曲线不会太陡峭
LUL 100 1 1 A TOTL ! Limit the paraxial total length to no more than 150 mm. 限制近轴总长度不超过150毫米。
M 5 100 A P YA 0 0 1 0 LB1
M 5 100 A P YA 0 0 1 0 LB2 ! Assign a target of 5 mm to the marginal ray on surfaces 5, 6. 为表面5,6上的边缘射线分配5 mm的目标。
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 LB1 ! Target the flux difference between the marginal ray point and the on!axis point to 0 on surface 6. 瞄准边缘射线点和on之间的通量差!在表面上轴线指向0。
M 0 1 A P FLUX 0 0 .99 0 LB1 ! Target the flux at the 0.99 aperture point. 将光通量定位在0.99孔径点。
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 LB1 ! And so on, for a set of zones. 等等，对于一组区域进行设置。
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .9 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .89 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .88 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .86 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .84 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .82 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 LB1
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 LB1
GSO 0 .01 10 P ! Target the OPD of an SFAN of 10 rays to zero, with a weight of .01将10条光线的SFAN的OPD定为零，权重为.01
GSR 0 50 10 P ! And also target the ray angles to zero. 并且还将光线角度定为零。
END
SNAP
SYNO 50
虽然这很简单，但应该指出：为什么GSR用于瞄准光线角度？通常，GSR控制每条光线相对于主光线的实际X坐标 - 但由于此系统处于AFOCAL模式，输出是准直的，因此该案例将以输出角度为目标。
如何指定光线和光通量目标应在表面6？这个系统共有七个表面，计算AFOCAL角度转换所需的两个虚拟面。助记符“LB1”表示“最后但只有一个”，并且在处理输入时它被表面6替换。
此处，选择两个表面上圆锥系数和三个非球面系数为变量。还有更高的系数，这种形式的非球面有22个系数可用，但只有系数G3，G6，G10，G16，G18，G19，G20，G21和G22是旋转对称的。让第4，第6，第8和第10 - 到20阶非球面项作为变量，在这里没有使用最后的六个系数。
让我们运行这个MACro。可能会得到更好的结果，模拟退火几个周期。
这使得评价函数降至2.1E-5，这表明已经找到了一个很好的解决方案。
这是最终设计的FLUX图：
曲线几乎完全均匀，那么OPD误差怎么样？
SYNOPSYS AI>OPD
SYNOPSYS AI>SFA 5 P
ID LASER BEAM SHAPER 115 20-MAY-17 13:32:54
SAGITTAL RAY FAN ANALYSIS
FRACT. OBJECT HEIGHT HBAR 0.000000 GBAR 0.000000
COLOR NUMBER 1
REL ENT PUPIL WAVEFRONT ABERR
XEN OPD (WAVES)
________________________________
0.200 -0.000865 0.400
-6.675373E-05 0.600
0.000361
0.800 -0.000651
1.000 -0.000791
这种设计基本上是完美的，误差小于1/1000，并且它只需要两片透镜。 看起来不需要像第11课的六片透镜那么多镜片的设计！
为了确保正确性，还要检查DPROP的输出波前：
STORE 9
CHG
1 SIN
1 TH 0
CFIX
END
DPROP P 0 0 6 SURF 2.5 R RESAMPLE
GET 9
这正是我们追求的目标。 在这里，该程序再次确定衍射不起重要作用，并且计算纯粹是几何的。
现在唯一的问题是非球面镜的制造难度。查看非球面镜与最近拟合球面（CFS）的距离。
ADEF 3 PLOT ADEF
4 PLOT
这两个非球面镜都距离CFS只有几微米。 看来这是可控的。 看看相对于CFS的边缘模式：
ADEF 3 FRINGES
这样的非球面面型，对加工厂来说，是可以被加工出来的。请参阅第21课，了解如何使用CLINK优化功能来实现这一目标。
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