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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程七十五:衍射透镜设计激光光束整形器 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-07-17
    1.概述 v76D3'8  
    衍射透镜也被称为光学衍射元件,或者 DOE 类似于菲涅尔透镜, 有很多的倾斜的区块, 唯一不同的是区块的高度是通过计算得到的,用来让光线的相位变化刚好是一个波长或者是相位的一个周期。 CE"JS-S?  
    ^D<r  
    初始宏文件可以评论区留言获取 XK: 9r{r{  
    ^`G`phd$  
    HW7; {QMg  
    所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。 .N*Pl(<[  
    wbe<'/X+  
    2.1设计要求
    JB>b`W9   
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: CYKr\DA  
    将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 A0Zt8>w  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: 'sxNDnGg  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    .VkbYK  
    UQ[B?jc  
    i| ZceX/  
    以上展示部分命令,这其中, r" K':O6y  
    OBG 的物是高斯光束. ;>AL`M+  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. H_0/f8GwnG  
    得到的初始结构如下:
    ;s~X  
    .58qL-iC  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 VwEb7v,^0\  
    原因如下: r)i>06Hd  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 Y& F=t/U2  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 r YF #^  
    优化
    j~FD{%4N  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 eQVZO>)P1+  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 V13BB44  
    改变高阶项
    '(dz"PL.  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? TARXx>  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 |,aG%MTL  
    HELP USS 5bA)j!#)|X  
    然后找到类型16。 JkGnKm9G  
    !o>H1#2l  
    优化结果
    Fh*j#*oe  
    9{$'S 4  
    还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 e{KByFl  
    光通量
    4&HXkRs:  
    透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 W,K%c=  
    '}rRzD:  
    #BQ.R,  
    得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? gN>2xnh'm  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 @rHK( 25+d  
    打开 MMA对话框。 ^::EikpF%  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 Vf`7V$sr  
    Object point (物体坐标)设定为 0, sO5?aB&  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, F|& {Rt  
    数字化输出, @&"Pci+-|  
    绘制图表。 'oN\hy($,h  
    (4@lKKiU%H  
    |TE}`?y[g  
    这是一个表面光栅的分布图。 4:7V./" 9  
    边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? jA(>sz  
    :=9] c17=  
    ex<O]kPFE  
    在 PANT 文件中添加一个变量: zh $}~RG[  
    VY 5 RAD k6kM'e3V  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: cv(PP-'\  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 i_kE^SSgm  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 =E&OuX-R  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    < F )_!0C  
    光通量
    光栅分布
    #UtFD^h  
    q\rC5gk >  
    现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 O8] 'o*<]  
    镜片表面高斯光强分析
    bT6sb#"W  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. BI:k#jO!  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE "/]| Hhc{  
    ms_ VM>l  
    2qi'g:qe  
    +p8BGNW,  
    这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) KI]wm  
    它有着预期的高斯分布的形状。 " v}pdUW  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 kF;5L)o  
    输入: %Rh;=p`  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE 5/QRL\  
    非常均匀水平的光强分布。 f1PN |  
    "C?5f]T  
    DMASK 图像
    za'6Y*CGgX  
    3jogD  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 Y:ldR  
    如果 DOE 是通过光蚀刻制成的,这是要被成像到衬底上的底模。
     
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