非球面激光束整形器
参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十六章
4\5i}MIS0
/Ry% K4$ 首先选择工作目录C:\Synopsys\Dbook\
v0VQ4>
然后，点击“Open MACro”按钮 
，打开宏C16M1，该文件中的代码如下： 3UaW+@ RLE !镜头输入文件起始点
ID LASER BEAM SHAPER ! 镜头标识
WA1 .6328 ! 定义单个波长，单位为um
UNI MM !透镜单位为mm
OBG .351 ! 使用OBG指令声明高斯光源，束腰半径为0.35mm，孔径大小为输入光束的1/e**2点
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
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
SF6
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；
! 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；
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
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;
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
AFOCAL ! 设置系统无焦
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：
}I-nT!D'y 图1粗略猜测用于激光束整形器的初始系统
对初始系统进行优化，运行优化宏C16M2，其代码为：
CHG ！改变透镜
NOP ！移除所有表面拾取和求解
4 PIN 2 ！表面4拾取表面2的折射率
5 TH10 UMC 0 ！表面5的厚度为10mm，UMC求解表面5的曲率，给点边缘光线的角度为0；
END ！结束
PANT ! 定义变量参数
VLISTRAD 2 3 45 ! 改变表面2，表面3，表面4，表面5的半径
VLISTTH 3 ! 改变表面3的厚度
VY 3CC ! 改变表面3的圆锥常数
VY 4CC ! 改变表面4的圆锥常数
VY 3G 3 ! 改变表面3的第四阶非球面项系数G3
VY 3G 6 !改变表面3的第六阶非球面项系数G6
VY 3G 10 !改变表面3的第八阶非球面项系数G10
VY 4G 3 ! 改变表面4的第四阶非球面项系数G3
VY 4G 6 !改变表面4的第六阶非球面项系数G6
VY 4G 10 !改变表面4的第八阶非球面项系数G10
END ! 结束
AANT ! 定义像差参数
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
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
ASC !自动控制表面倾斜角
LUL100 1 1 A TOTL ! 系统总长不超过100
M 5100 A PYA 0 0 1 0 LB1 ! 0视场表面6的边缘光线高度目标值为5，权重为100；LB1-倒数第2个面
M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 LB1 ! 0视场表面6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6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6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6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6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6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6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6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6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6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 .9 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.9时所对应的光通量衰减为0
M 0 1A P FLUX 0 0 .89 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.89时所对应的光通量衰减为0
M 0 1A P FLUX 0 0 .88 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.88时所对应的光通量衰减为0
M 0 1A P FLUX 0 0 .86 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.86时所对应的光通量衰减为0
M 0 1A P FLUX 0 0 .84 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.84时所对应的光通量衰减为0
M 0 1A P FLUX 0 0 .82 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.82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6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6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6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6上在Y方向高度为0.3时所对应的光通量衰减为0
GSO 0.01 10 P ! 控制弧矢面上10条光线产生的OPD
GSR0 50 10P ! 控制弧矢面光线网格中所产生的光线角度为0，由于系统是AFOCAL的，所以使用GSR指令以输出角度为目标
END ! 结束
SNAP ！设置PAD图更新频率，每一次优化更新一次
SYNO 50 ！程序优化次数为50次
接着，点击图标
进行模拟退火，具体参数设置为（22,1,50）： 
` FQ]ad Fz
得到采用非球面透镜的双透镜设计，如图2所示：
G{]RC^Zo
图2 采用非球面透镜的双透镜设计
然后评估该镜头的光通量均匀性。在CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX 100 P 5,然后点击“Enter”键。得到光通量分布图，光通量几乎均匀。
7P<f(@0h$E FLUX 100 P 5 的含义：
数字100-追迹的光线数目
字母P-主波长
数学5-表面5
5{oc 在CW中输入指令OPD，TFAN 5 P，如下图所示：
9?MzIt TFAN-子午光扇图
5-光线数目
P-主色
||>4XDV# 由图可知，该镜头设计基本上是完美的，只有超过1/1000的波前差，仅需两片透镜。
使用DPROP检查输出波前。运行宏C16M3，其代码为：
STORE9 ! 将透镜结果保存在透镜库位置9
CHG ! 改变透镜
CFIX ! 固定孔径光阑
END ! 结束
DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE !设置衍射传播参数
GET9 ! 获取透镜库位置9的透镜
*U,J Q
关于DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE 的解释：
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
5-表面5
SURF-绘制一个波阵面透视图，波阵面落在表面5的顶点平面上
2.5-曲面图的高度
R-设定该曲面的视角为右视角
RESAMPLE-多重采样
最后得到DPROP衍射传播特性分析图：
bsD A&~ )s 接着查看非球面透镜与最佳拟合球体(CFS)的距离。在CW中输入指令：ADEF 3 PLOT，得到非球表面3与CFS的偏差。同样输入指令ADEF 4 PLOT，得到非球面4与CFS的偏差。
{'tfU 在CW中输入指令：ADEF 3 FRINGES，得到非球表面3的条纹图。同样输入指令ADEF 4 FRINGES，得到非球面4的条纹图。
h{iuk3G`h6
