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[分享]矩形微透镜阵列 [复制链接]

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科学家

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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2021-09-17

介绍

微透镜阵列可用于包含光束均匀化在内的各种应用中。这个知识库文件演示了如何构建一个成像微透镜阵列以在探测器上生成一致的非相干照明光场。输入的高斯光束的半宽等于微透镜阵列的尺寸，并且可以看出其功率轮廓被微透镜阵列消除掉。

案例文件和讨论附随着由Suss Mirco-optics提供的主题技术备忘，可以在此处http://www.suss-microoptics.com/products-solutions/beam_homogenizing.html找到。我们鼓励读者去学习他们的文件以及目录以获得更多的信息。

系统布局

这个简单示例系统由空间高斯切趾功率（1/e2=5mm）和0.6度半发散角的输入光束，两个相同的33x33透镜阵列（10mm孔径），微透镜焦距为4.80mm且节距（pitch）为0.3mm，以及一个焦距为100mm成像透镜及一个位于成像透镜的后焦平面位置的一个探测器平面组成。

成像结构如下所示，

。在探测器平面上照明区域的直径由下式给出：

照明平面上的半发散角度由下式给出：

在FRED文件给出的例子中，对于指定的微透镜阵列和成像透镜，结构应如下：

DFT=6.07mm
θ≈4.4o

构建微透镜

微透镜的结构由一个输入平面，一个将会被阵列的基面和一个约束透镜阵列体积的外部边缘表面组成。这些部分如下所示：

可以采取以下步骤来创建微透镜阵列的几何结构。
1. 创建一个组件来放置微透镜阵列元件（菜单>创建>新的组件）（Menu > Create > New Subassembly）。
2. 创建一个半宽度对应阵列微透镜的输入平面。在这个例子中，微透镜节距（pitch）是0.3毫米，微透镜的数量是33x33，所以平面半宽度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED原始构造用于定义平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。创建一个半宽度对应排列微透镜的输入平面。在这个例子中，微透镜间距是0.3毫米，微透镜的数量是33x33，所以平面半宽度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED的元件基元被用于定义这个平面（菜单>创建>新的元件基元>平面）（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。
3. 创建一个包含基面的自定义元件节点（菜单>创建>新的自定义元件）（Menu>Create>New Custom Element）。这个自定义元件节点将被阵列化以形成微透镜出射面。
a. 在步骤3中，创建一个新的表面作为自定义元件节点的子元件（菜单>创建>新的表面）（Menu>Create>New Surface）。在这种情况下，表面参数如下：conic=1， R=-2.2。在表面的孔径选项上，将外部边界修剪体积（trimming volume） X和Y的尺寸设置为阵列节距（0.15mm）的一半。Z-深度（Z-depth）方向的最小尺寸应该能够包含这个表面（提示：使用脚本语言的Sag函数来找到必须的半孔径Z-深度)。
b. 阵列化步骤3中创建的自定义元件的基面（鼠标右键点击自定义元件节点并选择“编辑/预览阵列化参数”（“Edit/View Array Parameters”））。在这个例子中，在X和Y方向上定义的阵列间距等于在每个方向上的微透镜节距。对于33x33微透镜阵列，在每个方向上的最小和最大的单元值设置为-16到+16。
4. 添加另一个自定义元件到组件节点，其包含通过挤压一个沿Z轴的封闭曲线创建的边缘表面。
a. 将曲线添加到自定义元件节点（菜单>创建>新的曲线）（Menu>Create >New Curve），并将其类型设置为“分段的” （”Segmented”）。右击鼠标点击电子数据表格区域的点参数并选择“生成点”（” Generate Points”）来打开一个可以用于快速指定一个封闭的分段曲线的实用工具。在这个例子中，孔径的形状是半孔径为4.95mm的方形。在分段曲线生成对话框中我们可以选择以下设置：
i.#生成曲线周围的点=4( points around generating curve = 4 )
ii.X半宽=Y半宽=4.95(X semi-width = Y semi-width = 4.95 )
iii.方向=顶部边缘平行于X轴(Orientation = Top edge parallel to X axis )
iv.类型=外切(Type = circumscribe )

b. 添加一个表面到自定义元件，并将其类型设置为“列表柱面”(“Tabulated Cylinder”)。准线曲线应该是来自4a的封闭曲线，并且其Z方向应该设置为微透镜阵列（Z=1.2）的厚度。表面对话框的孔径选项上设置其x和y的修剪体积（trimming volume）外边界略大于微透镜阵列的孔径（例如4.96）。z的修剪体积（trimming volume）应该足够大，以包含挤压表面。

仿真结果
通过使用鼠标右键单击菜单选项的切换光源“InputSource 1”，“InputSource 2”和“InputSource 3”为可追迹，即可模拟附加文件中的FRED案例文件中系统布局原理图中所示的三种光束。光源“全孔径”（” FullAperture”）设置为不可追迹。光线追迹的结果如下所示。