[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]

1.概述 8teJ*
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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。 \ha-"Aqze3  
h/K@IAd  
初始宏文件可以评论区留言获取 ,{8v4b-  
Kam]Mn'  
mxp Y&Y  
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。 '$[Di'*;  
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H^ BYd%-  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标： q@ZlJ3%l,  
将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 DP*@dFU"  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果： vq>l>as9O  
.S7:;%qL6  
8+&JQ"UaB  
"!KpXBc,>  
以上展示部分命令，这其中， 5)M2r!\  
OBG 的物是高斯光束. >1ZJ{se  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE.  D:JS)+]  
r~>,$[|n})  
WYszk ,E  
这是最初的设计，效果并不是十分理想 u7].}60.'  
原因如下： !d8A  
1.光束被扩大了但是并不准直。 Js{=i>D  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 mCdgKr|n  
au$"B/  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 K9|7dvzC:  
优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 JJnYOau  
B4Lx{uno  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? CW`
!}yu%  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 CT*,<l-D  
HELP USS hs(W;tR@W  
然后找到类型16。 _u5dC   
;`UecLb#  
Fo}7hab  
.=<$S#x^Hb  
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。 _~M^ uW^l  
&=Y e6 f[  
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 ^E,1V5  
0m)&YFZ[(  
-^SA8y  
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? 4!%F\c46  
如果空间频率太高，制造技术可能会出现问题。 d8OL!Rk  
打开 MMA对话框。
Y7SacRO  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 DWm SC}{.  
Object point (物体坐标)设定为 0， >]?H`>4(  
光线网络 CREC 设置为网格 7， cdTsRS;E  
数字化输出， Tlodn7%",  
绘制图表。 GEe`ZhG,  
RU&_j*U  
1RqgMMJL  
这是一个表面光栅的分布图。 ao$.6X8fQ  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造，能不能减小, 比如说到 50 c/mm? 2UadV_s+s  
*#&*`iJ(  
AK-}V4C/A  
在 PANT 文件中添加一个变量: fly,-$K>LO  
VY 5 RAD <Kt3PyF  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: Q6'nSBi:A_  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ^p=L\S
J  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 _[K#O,D,  
R_kQPP  
]Pc^#=(R0  
k\7:{y@,  
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。 tIuoD+AW  
Q0cRH"!:  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. A6"Hk0Hf  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE $_X|,v9  
]}PV"|#K{c  
pq!%?m]  
*xs!5|n+  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, （在通过第二个DOE之前。） v:|(8Y  
它有着预期的高斯分布的形状。 +R.N%_  
现在对表面 6也进行相同的操作。 Tg ?x3?kw  
输入： Vpp&|n9^  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE J5yidymrpW  
非常均匀水平的光强分布。 "!UVs+)]  
0l\y.   
3,eIB(  
[L~@uAMw:  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 0$P/jt  
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。