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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 cN&b$ 8O=%  
    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。 B0Xn9Tvk  
    Xps MgJ/w  
    初始宏文件可以评论区留言获取 ``>WFLWTn  
    z'fGHiX7.0  
    W9a H]9b  
    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。 (doFYF~w  
    3<'SnP3mY  
    2.1设计要求
    EG<K[t  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: BuK82   
    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。 LR-op?W  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: P(A%z2Ql  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    a/>={mb Ki  
    )Cu"M #`  
    iwrdZLE  
    以上展示部分命令,这其中, QsI$4:yl  
    OBG 的物是高斯光束. Z{u*vUC&  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. !C#q  
    得到的初始结构如下:
    d:<{!}BR3  
    h'IBVI!P  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 (_U&EX%  
    原因如下: xJc'tT6@  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 4vE,nx=  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 ) 1H]a'j  
    优化
    4s0>QD$J  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 O6k[1C  
    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。 i aP+Vab  
    改变高阶项
    d~GT w:  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? Ww)qBsi8  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 >UR-37g{p  
    HELP USS )h>Cp,|{  
    然后找到类型16。 -pa.-@  
    ) ,*&rd!  
    优化结果
    "6Ly?'H K  
     LDwu?"P!  
    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。 :q^g+Bu=  
    光通量
    F}i rCi47c  
    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 pwU]r  
    3lA<{m;V  
    kTs)u\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? YR~g&E#U^  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 8oN4!#:  
    打开 MMA对话框。 qXP)R/~OZ  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 w;r -TLf  
    Object point (物体坐标)设定为 0, stoBjDS  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, %Ljc#AVg  
    数字化输出, v|QFUa`  
    绘制图表。 tty 6  
    _xUiHX<  
    FW[<;$  
    这是一个表面光栅的分布图。 \p [!@d^  
    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? v8-F;>H  
    7d'4"c;*;  
    B'atwgI0  
    在 PANT 文件中添加一个变量: >nvreis  
    VY 5 RAD [- vd]ob  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: )p12SGR5  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 @oYTJd(v{  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 ;?h#',(p  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    N|7<*\o  
    光通量
    光栅分布
    (WN'wp  
    Tff7SEP  
    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。 l<z[)fE{uS  
    镜片表面高斯光强分析
    p*NC nD*  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. ?aO%\<b  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE zXUE<\  
    }u:^Mz  
    hiU_r="*ox  
    otX#}} +  
    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。) "Z}0A/y  
    它有着预期的高斯分布的形状。 BQ_\8Qt|  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 I%{^i d@  
    输入: ^D oJ='&  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE nGX~G^mZ  
    非常均匀水平的光强分布。 {vA;#6B|  
    rYN`u  
    DMASK 图像
    +=u*!6S  
    8*6J\FE<p  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 .$v]B xu  
    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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