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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 DY%T`}  
    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。 6M2i? c  
    vM$#m1L?  
    初始宏文件可以评论区留言获取 K1qY10F:_  
    9 ;! uV>-H  
    U7f#Z  
    所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。 [9##Kb  
    w^vK7Z 1$  
    2.1设计要求
    YjMbd?v  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: DXw9@b  
    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。 2gNBPd)I  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: Wl^/=I4p#  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    p5D3J[?N  
    u+"hr"}${  
    o7Z#,>`2  
    以上展示部分命令,这其中, M 2U@gC|{  
    OBG 的物是高斯光束. mSqk[ Ig\  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. ;U5x'}%0]  
    得到的初始结构如下:
    S -mzxj  
    aF_ZV bS  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 (*@~HF,t=  
    原因如下: 7kew/8-  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 &dHm!b  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 _*-'yu8#  
    优化
     s`{#[&[  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 L< nkI  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 )y [[Se  
    改变高阶项
    {e!uvz,e  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? D=Yag!1  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 ~N+/ZVo&y  
    HELP USS 2&G1Q'!  
    然后找到类型16。 uR[PKLh  
    LKwUpu!  
    优化结果
    rSFXchD/  
    ^?l-YnQqm?  
    还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 ;Bc<u[G  
    光通量
    :j50]zLy{  
    透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 Z~.]ZWj -  
    R,b O{2O  
    8;dbU*  
    得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? z]4g`K+  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 A0 w `o  
    打开 MMA对话框。 =M km:'1r  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 3qd-,qC  
    Object point (物体坐标)设定为 0, gpTF^.(  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, 6 GevO3  
    数字化输出, @):NNbtA  
    绘制图表。 M`,Z#)Af  
    2$/gg"g+  
    1Z{p[\k  
    这是一个表面光栅的分布图。 4m~stDlN  
    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? ;ZW}47:BS6  
    m"> =QP  
    OgpH{"  
    在 PANT 文件中添加一个变量: yqc(32rF!  
    VY 5 RAD V<R+A*gY:  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: -JW6@L@  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ;<ma K*f\S  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 ur quVb  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    Xcpm?aTo  
    光通量
    光栅分布
    }\qdow-  
    g|*eN{g]uE  
    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。 f0'Wq^^  
    镜片表面高斯光强分析
    H\>I&gC'  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. 2dlV'U_g  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE |~vQ0D  
    'C8=d(mR=m  
    jtOsb91c}  
    ^+l\YB7pD  
    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。) w*R-E4S?2  
    它有着预期的高斯分布的形状。 qc4 "0Ap'  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 $}c@S0%P"  
    输入: (dprY1noC  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE = 8e8!8  
    非常均匀水平的光强分布。 :^L]Da3  
    x!Y@31!Dy  
    DMASK 图像
    FwzA_ nn  
    &1C9K>  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 ?cxK~Y\  
    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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