切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • Zemax光学设计从入门到精通 Zemax光学设计从基础到实践 Zemax光学设计实践基础(陈家璧) ZEMAX光学系统设计实战
    讯技光电:VirtualLab Fusion独家供应商 光学设计与光学元件 CODE V,LightTools,RSoft,LucidShape 计算光学带来的成像革命
    发帖 回复
    返回列表
    • 1910阅读
    • 0回复

    [原创]SYNOPSYS代码详解-球面透镜整形器 [复制链接]

    		 上一主题 下一主题
    离线小火龙果
    工程师
     
    发帖
    932
    光币
    2176
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-03-12
    球面透镜整形器
    参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十五章
    首先选择工作目录C:\Synopsys\Dbook\
    j1[Ng #.  
    (i..7B:  
    然后，点击“Open MACro”按钮，打开宏C15M1，该文件中的代码如下：
    6-"@j@l5<  
    RLE                                       !镜头输入文件起始点
    %x}iEqkU  
    ID LASER BEAM SHAPER   ! 镜头标识
    EI+RF{IKh  
    WA1 .6328                            ! 定义单个波长，单位为um
    o[$~  
    UNI MM                                !透镜单位为mm
    jh7-Fl`  
    OBG .352 ! 使用OBG指令声明高斯光源，束腰半径为0.35mm，孔径大小为2倍的输入光束的1/e**2点
    o2AfMSt.  
    1 TH 22                       ! 表面1和表面2之间的距离为22mm；表面1必须在束腰位置
    1f 3c3PJ  
    2 RD -5 TH 2 GTB S   ! 定义表面2的半径和厚度，以及玻璃类型为来自玻璃库Schott 的SF6
    +pcGxje\  
       SF6                          
    r{+P2MPW  
    3 UMC 0.3 YMT 5      ! UMC指令求解表面3的曲率，给定边缘光线的角度为0.3；              
    3C[#_&_l  
                                      ! YMT指令求解在表面4上边缘光线高度为5mm时所对应的厚度；
    (!cG*FrN  
    4 RD 20 TH 4 PIN 2  ! 定义表面4的半径和厚度，并拾取表面2的折射率
    dWc'RwL  
    5 UMC 0 TH 50        ! UMC指令求解表面5的曲率，给定边缘光线的角度为0°，即光束被准直；表面5的厚度为50mm;
    sd5%Szx  
    7                               ! 定义表面6和表面7，且两表面必须平坦且重合，因为它们是AFOCAL输出
    `!BP.-Zv  
    AFOCAL                  ! 设置系统无焦
    zWs ("L(#s  
    END                         !结束镜头输入文件
    点击PAD图标或在CW窗口输入SYNOPSYS AI>PAD,得到该透镜系统的二维图，如图1所示：
    图1 粗略猜测用于激光束整形器的初始系统
    r6WSX;K  
    接下来，检查能量密度，通常有多种方法：
    方法一：FLUX指令
    [P:+n7= ,l  
    CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 3,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。
    |B{@noGX  
    FLUX100 P 3 的含义：
    rXh*nC  
    数字100-追迹的光线数目
    +aY]?]  
    字母P-主波长
    .ei5+?V<i  
    数学3-表面3
    方法二：FLUX像差
    LyRbD$m  
    首先在CW中输入SYNOPSYSAI>STEP= 100,然后点击“Enter”键。
    :P'M|U  
    19h@fA[:  
    然后运行宏C15M2一次，其代码为： b((> ?=hh  
    Zk:Kux[7  
    DD:DO MACRO FOR AIP = -1 TO 1   ! 定义循环，设置特殊变量AIP来改变透镜数据
    u~pBMg ,  
    COMPOSITE                                       ! 定义复合像差
    \&8 61A;  
    CD1 PFLUX 0 0 AIP 0 3  ! 使用CD1参数，计算表面3上AIP区域（循环变量）的光通量衰减
    }xa~U,#5  
    =CD1                                 ! 计算结果将自动放入文件夹FILE的位置1
    !B*l'OJw  
    Z1 =FILE 1     ! 使用Z1变量参数，将文件夹FILE中位置1的结果置于Z1变量中；
    Y5fz_ [("  
    = 1 +Z1           ! 将1添加到结果中，这是总的光通量，因为Z1是衰减量。
    EvP\;7B  
    ORD =FILE 1   ! 获取该值，并用于绘图的纵坐标，其横坐标为循环变量AIP
    IGnP#@`5]  
    ?zk#}Ex1  
    最后在CW中输入SYNOPSYSAI>DD,然后点击“Enter”键。
    3< 'bi}{  
    这样，就得到了高斯型光通量分布。 从图中可以看出，高斯型通量分布为OBG定义的1/e**2点的两倍。
    <u_ vL WS  
    在PAD图中点击图标 按钮打开工作表，然后点击图标，再单击PAD图的右侧放置透镜。重复上述操作，为系统添加两个透镜，如图2所示。
    图2 添加两个透镜后的系统结构
    首先点击按钮设置检查点，然后运行优化宏C15M3，其代码为：
    K[q{)>,9  
    @sdHB ./  
    CHG              ！改变透镜
    e,K.bgi  
    NOP              ！移除所有表面拾取和求解
    73p7]Uo  
    9UMC           ！UMC指令求解表面9的曲率
    #c%F pR4  
    END              ！结束
    '< .gKo  
    _ ?o>i/  
    PANT            ! 定义变量参数
    ;Yve m  
    VLISTRAD ALL  ! 改变所有表面半径
    ~K/_51O'  
    VLISTTH 3 5 6 7 8  ! 改变表面3，表面5，表面6，表面6，表面8的空气间隔
    I7 = 4%)A  
    ;F;Vm$  
    END                        ! 结束  
    FP<mFqy  
    }?)U`zF)7}  
    AANT                     ! 定义像差参数
    kNd(KQ<.17  
    AEC 11 1             ！自动控制边缘厚度，防止边缘太薄，目标值为1，权重为1，窗口为1
    <kCOg8<y :  
    ACC 41 1            ！自动控制元件中心厚度，防止中心厚度太厚，目标值为4，权重为1，窗口为1
    *S<d`mp[  
    ACA60 10 1         ! 自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败
    egmNX't6f5  
    LUL100 1 1 A TOTL  ! 系统总长不超过100
    M 510 A P YA 0 0 1 0 9                ! 0视场表面9上的边缘主光线高度目标值为5mm，权重为10
    *x-@}WY$U  
    M 510 A P YA 0 0 1 0 10              ! 0视场表面10上的边缘主光线高度目标值为5mm，权重为10
    =E w<s5C@  
    M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 10      ! 0视场表面10上在Y方向高度为1时所对应的光通量衰减为0
    eH ]9"^> o  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .99 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.99时所对应的光通量衰减为0
    o- v#Zl  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .98 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.98时所对应的光通量衰减为0
    ]!X[[w)  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .97 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.97时所对应的光通量衰减为0
    Kw7uUJR  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .96 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.96时所对应的光通量衰减为0
    AM0CIRX$  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .95 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.95时所对应的光通量衰减为0
    .TM. v5B  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .94 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.94时所对应的光通量衰减为0
    nB;[;dC z  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .93 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.93时所对应的光通量衰减为0
    C %i{{Y&l  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .92 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.92时所对应的光通量衰减为0
    9$#@Oe8*  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .91 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.91时所对应的光通量衰减为0
    ^o87qr0g]  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .85 0 10   ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.85时所对应的光通量衰减为0
    dczq,evp  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .8 0 10     ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.8时所对应的光通量衰减为0
    Cq -URih  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .7 0 10     ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.7时所对应的光通量衰减为0
    Yosfk\D  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .5 0 10     ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.5时所对应的光通量衰减为0
    Jsa]RA  
    M 0 1A P FLUX 0 0 .3 0 10     ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.3时所对应的光通量衰减为0
    =o:1Rc7J  
    GSO 01 5 P                            ! 控制弧矢面上5条光线产生的OPD
    fuU 3?SG  
    END                                            ! 结束
    8'ut[  
    SNAP                                       ! 设置PAD更新频率
    SYNO100                                !程序优化次数为100次
    优化后的镜头结构,如图3所示。您的结果可能会有所不同，由于您点击插入元件的确切位置是不可预测的。
    ^ 4Uk'T7V  
    图3 通过优化光通量像差的镜头
    再次评估光通量均匀性。CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 10,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。光通量并没有改善。
    bA1O]:`  
    d%K&  
    ?PYZW5  
    在PAD图中点击恢复检查点，并打开WS工作表，在表面框中选择0，将“OBG 0.35 2”更改为“OBG0.35 1”，单击“Update”按钮。
    C]Q`!e  
    重新优化四个透镜。首先点击按钮设置检查点，然后运行优化宏C15M3。并点击图标进行模拟退火，具体参数设置为（22,1,50）：
    得到新的镜头，如图4所示：
    图4 重新优化后的镜头
    重新评估光通量均匀性。在CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 10,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。
    t*J?#r  
    光通量稍好点，但仍然不均匀。在保持光线角度控制的同时使强度分布均匀并不容易。该结果似乎表明使用四个透镜可以达到很好的平衡。
    在PAD图中点击图标 按钮打开工作表，然后点击图标 ，再单击PAD图的右侧放置透镜。重复上述操作，为系统添加两个透镜，如图5所示。
    图5  再添加两个透镜后的系统结构
    优化六个镜头以及模拟退火优化。运行优化宏C15M4，其代码为：
    *P/DDRq(2  
    CHG          ！改变透镜
    NOP          ！移除所有表面拾取和求解
    13UMC     ！UMC指令求解表面13的曲率
    END          ！结束
    PANT        ! 定义变量参数
    VLISTRAD ALL  ! 改变所有表面半径
    VLISTTH ALL  ! 改变所有表面厚度
    END  ！结束  
    AANT                 ! 像差参数输入
    AEC 11 1               ！自动控制边缘厚度不小于1mm，权重为1，窗口为1
    ACC 41 1               ！自动控制元件中心厚度不大于4mm，权重为1，窗口为1
    LUL100 1 1 A TOTL  ! 系统总长上限为100mm
    M 510 A P YA 0 0 1 0 LB1 ! 0视场表面14的边缘光线高度目标值为5，权重为10；LB1-倒数第2个面
    M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 LB1  ! 0视场表面14上在Y方向高度为1时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .99 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.99时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .98 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.98时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .97 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.97时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .96 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.96时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .95 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.95时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .94 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.94时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .93 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.93时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .92 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.92时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .91 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.91时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .85 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.85时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .8 0 LB1   ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.8时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .7 0 LB1   ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.7时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .5 0 LB1   ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.5时所对应的光通量衰减为0
    M 0 1A P FLUX 0 0 .3 0 LB1   ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.3时所对应的光通量衰减为0
    GSO 0.1 5 P  ! 控制弧矢面上5条光线产生的OPD
    GSR 01 5 P                             !控制弧矢面光线网格中所产生的光线像差
    END  ! 结束
    SNAP                                      ！设置PAD图更新频率，每一次优化更新一次
    SYNO100                              ！程序优化次数为100次
    并进行模拟退火（22,1,50），最后得到镜头结构如图6所示：
    4F"%X &$  
    图6  优化后的六片透镜结构
    CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 14,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。
    光通量完全控制在10%均匀度的目标范围内。可以使用全球面透镜来完成整形器设计，但是需要六片透镜。
    首先在CW中输入指令OFF27，即关闭开关27。然后在CW中输入MFP指令，点击“Enter”键。打开MFP对话框进行以下设置：
    vm7ag 7@O  
    得到足迹图：
    Mh2Zj  
    EbeSl+iMx_  
    六片透镜系统的输出光线分布。光线更多地散布在中心附近，并在边缘压缩，这对光束整形器来说非常好，使得光束均匀化。
    接下来，使用DPROP命令分析衍射传播特性。在CW中输入：
    CHG        !改变透镜
    CFIX       !固定孔径光阑，建议在运行DPROP时固定光阑。原因是：如果衍射发送少量的能量，DPROP程序通常会检查比镜头允许区域更大的区域。
    1 TH0     !表面1厚度为0mm
    END        !结束
    DPROPP 0 0 13 SURF 3 R RESAMPLE      !设置衍射传播参数
    3+\Zom4  
    DPROPP 0 0 13 SURF 3 R RESAMPLE 的含义： yIC C8M  
    DPROP-衍射传播
    P-主色
    第一个0- Y方向的0视场
    第二个0-X方向的0视场
    13-表面13
    SURF-绘制一个波阵面透视图，波阵面落在表面13的顶点平面上
    3-曲面图的高度
    R-设定该曲面的视角为右视角
    RESAMPLE-多重采样
    得到DPROP分析图如下：
    !"ir}Y%  
    -zUBK  
    V,% K"b=  
    ::_bEmk  
    1(pv 3  
    29l bOi  
    _f~$iY  
    [Op^l%BC  
    5|7<ZL 3  
    K^h9\< w  
    4:Oq(e_(  
    @ M4m!;rM  
    [ 此帖被小火龙果在2020-03-12 18:34重新编辑 ]
     
    回复
    举报
    分享到
    发帖 回复
    返回列表