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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 n.&7lg^X  
    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。 :$$~$P  
    oI;ho6y)  
    初始宏文件可以评论区留言获取 gS5REC4I/  
    ^e8xg=8(  
    ]~aj  
    所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。 4<i#TCGex3  
    WR{m?neE_N  
    2.1设计要求
    %):_  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: {  c#US  
    将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 rx2)uUbR  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: Hu"$ )V  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    +@QrGY  
    C2}y#AI  
    +})QTFV  
    以上展示部分命令,这其中, c!ZZMC s  
    OBG 的物是高斯光束. S=_u3OH0  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. <= o<lRU  
    得到的初始结构如下:
    lxyTh'  
    J8emz8J  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 8ttJ\m  
    原因如下: M-nRhso  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 EB}B75)x  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 l+9RPJD/:  
    优化
    ubM1Qr  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 `;j1H<L  
    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。 k24I1DlR8  
    改变高阶项
    !T,<p    
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? )#m{"rk[x,  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 /o9it;  
    HELP USS ] 0X|_bU  
    然后找到类型16。 ,D;8~l lM  
    _d]{[& p4t  
    优化结果
    ^ 8}P_  
    1m~|e.g_'`  
    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。 }|Qh+{H*.  
    光通量
    k+9F;p7  
    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 mD9Iao%4~  
    !, BJO3&  
    6{I7)@>N   
    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? G`!,>n 3  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 VZi1b0k1.  
    打开 MMA对话框。 ;0dH@b  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 Ak?9a_f  
    Object point (物体坐标)设定为 0, OkciL]  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, epsRv&LfC  
    数字化输出, =Fz mifTc  
    绘制图表。 B~I ]3f  
    -s 0SQe{!_  
    z:-{Y2F  
    这是一个表面光栅的分布图。 g=\(%zfsxr  
    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? `j{3|C=  
    6>WkisxG  
    B&_:20^y~  
    在 PANT 文件中添加一个变量: mfj{_fR3  
    VY 5 RAD E{Wn&?i>A  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: ?ES{t4"  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ]V/5<O1  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 <9]"p2  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    TgcCR:eL=  
    光通量
    光栅分布
    ._0$#J S[  
    "o- -MBq4  
    现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 ^VYR}1Mw  
    镜片表面高斯光强分析
    Qr R+3kxM  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. ;-1KPDIp`  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE aG7Lm2{c"  
    DNmC   
    1O Ft}>1  
    vu.ug$T  
    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。) Z2W&_(^.h  
    它有着预期的高斯分布的形状。 &3iI\s[  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 z"< S$sDh  
    输入: YMw,C:a4  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE \l=A2i7TQ  
    非常均匀水平的光强分布。 d[h=<?E5  
    eYv^cbO@:  
    DMASK 图像
    5i6Ji(  
    CRo @+p10  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 mCnl@  
    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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