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    [原创]SYNOPSYS代码详解-非球面激光束整形器 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-03-13
    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
    7Xw;TA  
    co|jUDu>W  
    首先选择工作目录C:\Synopsys\Dbook\
    _K_!(]t  
    然后,点击“Open MACro”按钮 ,打开宏C16M1,该文件中的代码如下:
    #78p# E  
    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:
    m3+MRy 5  
    vjhd|  
    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):
    O1ofN#u  
    得到采用非球面透镜的双透镜设计,如图2所示:
    nz3j";d  
    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。
    nws '%MK)  
    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
    z+@aQ@75  
    在CW中输入指令OPD,TFAN 5 P,如下图所示:
    G{pfyfF  
    TFAN-子午光扇图
    5-光线数目
    P-主色
    J3Qv|w [3Y  
    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
    `kpX}cKK}  
    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:
    \A6MVMF8  
    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。
    N&]v\MjI62  
    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。
    lQ<2Vw#Yl  
     
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