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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 +\`D1d@  
    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。 KfU4#2}  
    @#T*OH  
    初始宏文件可以评论区留言获取 $B6"fYiDk  
    [<)/ c>Y  
    6]i"lqb  
    所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。 _}X_^taTZS  
    't$(Ruw  
    2.1设计要求
    {iP^51fy  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: Wgl7)Xk.)  
    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。 {emO&#=@CP  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: ^A8'YTl  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    G>?hojvi  
    qll)  
    D6iHkDTg  
    以上展示部分命令,这其中, S~\i"A)4  
    OBG 的物是高斯光束. /znW$yh o  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. (+<SR5,/3  
    得到的初始结构如下:
    7qB}Hvh  
    i|X ;n  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 u>Z0ug6x  
    原因如下: '`q&UPg]  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 (F$V m  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 .:tAZZ  
    优化
    =J0X{Ovn4z  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 ^$):Xz  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 iH& Izv  
    改变高阶项
    ^l#Z*0@><~  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? QN_Zd@K*A  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 1FU(j*~:  
    HELP USS g{@q  
    然后找到类型16。 hKw4[wB]  
    \ajy%$;$}  
    优化结果
    ^Bw2y&nN  
    BN&^$1F((  
    还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 #C1u~db  
    光通量
    2f1WT g)  
    透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 gc-yUH0I  
    sE$!MQb  
    .OM m"RtK  
    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? f&glY`s#  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 dxkq*  
    打开 MMA对话框。 ANEW^\  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 A-\OB Nh  
    Object point (物体坐标)设定为 0, B&&:A4  
    光线网络 CREC 设置为网格 7,  Hu|;cbK  
    数字化输出, DVxW2J  
    绘制图表。 ^)Xl7d|m+  
    / %}Xiqlrd  
    S[rz=[7{  
    这是一个表面光栅的分布图。 !T/ ^zc;G  
    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? K1Ms  
    <A +VS  
    :T(3!}4  
    在 PANT 文件中添加一个变量: 1.YDIB||  
    VY 5 RAD (]0JI1 d  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: '#REbY5ev  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 m @) ~.E  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 4QODuyl2H  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    !6hUTjhW7z  
    光通量
    光栅分布
    qc_c&  
    hER]%)#r  
    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。 M<oIo 036  
    镜片表面高斯光强分析
    mt$0p|B8  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. 4(>|f_$  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 6m_ fEkS[  
    Y.&nxT95=  
    G9ku(2cq  
    \<WRk4D  
    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。) LIYj__4=|  
    它有着预期的高斯分布的形状。 !L4Vz7 C  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 m,KG}KX  
    输入: Q@gmtAp  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE .}Va~[0j  
    非常均匀水平的光强分布。 9fr LYJz"  
    [%'yHb~<  
    DMASK 图像
    v< qN -zG  
    e E:J  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 @&(0]kZ6  
    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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