带有kinoform透镜的激光扩束器
参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十七章
首先选择工作目录DBOOK文件夹：
cYdk, N RLE ! 镜头输入文件起始点
ID KINOFORM 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 .35 1 ! 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 -2 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 TH 20 ! 定义表面3的厚度
3 USS 16 ! 定义表面3为DOE面
CWAV .6328 ! 中心波长
HIN 1.7988 55 ! 感光胶的折射率和阿贝数
RNORM 1 !归一化半径
4 TH 2 GTB S ! 定义表面4的厚度，以及玻璃类型为来自玻璃库Schott的SF6
SF6
4 USS 16 !定义表面4为DOE面
CWAV .6328 !中心波长
HIN 1.7988 55 !感光胶的折射率和阿贝数
RNORM 1 ! 归一化半径
5 CV 0 TH 50 !表面5的曲率为0，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：
|/zE(ePc{ 图1 DOE激光束整形器的初始结构
运行优化宏C17M2，代码如下：
PANT ! 定义变量参数
RDR .001 !定义更小的起始增量为正常值的千分之一，因为光束非常小；
VY 2 RAD !改变表面2的半径
VLIST TH 3 ! 改变表面3的厚度
VY 3 G 26 ! 改变表面3的Y**2项系数G26
VY 3 G 27 ! 改变表面3的Y**4项系数G27
VY 3 G 28 !改变表面3的Y**6项系数G28
VY 3 G 29 !改变表面3的Y**8项系数G29
VY 4 G 26 ! 改变表面4的Y**2项系数G26
VY 4 G 27 !改变表面4的Y**4项系数G27
VY 4 G 28 !改变表面4的Y**6项系数G28
VY 4 G 29 ! 改变表面4的Y**8项系数G29
END ! 结束
he&*N*of:
AANT ! 定义像差参数
AEC 1 1 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 4 1 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
LUL 150 1 1 A TOTL ! 系统总长不超过150
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! 0视场表面5的边缘光线高度目标值为5，权重为1；
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 !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 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.85时所对应的光通量衰减为0
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 ! 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 .1 10 P ! 控制弧矢面上10条光线产生的OPD像差
GSR 0 100 10 P !控制弧矢面光线网格中所产生的横向光线像差
END ! 结束
SNAP ！设置PAD图更新频率，每一次优化更新一次
SYNO 40 ！程序优化次数为40次
然后点击图标
进行
模拟退火，具体参数设置为（22,1,50）：
hRSRz5 J} 得到优化和模拟退火后的DOE光束整形器，如图2所示：
<T:u&Ic 图2 优化和模拟退火后的DOE光束整形器
CW窗口输入SYNOPSYS AI>FLUX 100 P 6,然后点击“Enter”键。得到光通量分布图，光通量几乎均匀。
y!fV+S, FLUX 100 P 6 的含义：
数字100-追迹的光线数目
字母P-主波长
数字6-表面6
NMmk, 现在问题是：表面4的空间频率是多少？
如果它太高，在制作技术上可能存在难度。
现在分析表面4的空间频率。在CW中输入MMA，打开MMA对话框进行如下图，并得到空间频率图：
u* Eb4 需要降低表面4的空间频率，在PANT中添加VY 5 RAD；同时在AANT中添加M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4；
然后点击Run按钮运行，得到镜头结构如下图所示：
Z<z(;)?c & :x_
在CW中输入DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 得到表面3的光束强度分布图；
在CW中输入DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE 得到表面6的光束强度分布图；
其中：
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
3-表面3 （6-表面6）
SURF-绘制一个波阵面透视图，波阵面落在表面3（或表面6）的顶点平面上
3-曲面图的高度
L-设定该曲面的视角为左视角
RESAMPLE-多重采样
<9YRSE [Ed
得到表面3的光束强度分布图（高斯分布）和表面6的光束强度分布图（平顶分布）：
~:Dr]kt
