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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 8Ce|Q8<8]  
    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。 0n FEPMO  
    96V@+I  
    初始宏文件可以评论区留言获取 |iGfX,C|  
    s!lLdR[g  
    98c##NV(7|  
    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。 qVHXZdGL  
    |igr3p5Fw  
    2.1设计要求
    PZT]H?  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: *\-R&8  
    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。 ZsgJ6 Y  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: nZ4JI+Q)~  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    P^lzl:|  
    G,{=sFX  
    b `W2^/D  
    以上展示部分命令,这其中, |"K<   
    OBG 的物是高斯光束. LnwI 7uvq  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. 2H,^i,  
    得到的初始结构如下:
    AZj `o  
    qI]PM9  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 v?s]up @@h  
    原因如下: MD"a%H#p  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 $0kuR!U.N  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 "7> o"FQ  
    优化
    }NH\Q$IU  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 AQUl:0!  
    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。 {OH @z!+d  
    改变高阶项
    g':/hlQ  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? aEO``W  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 +t9$*i9`L  
    HELP USS /Zzb7bHLK  
    然后找到类型16。 UQ7E7yY#  
    ].TAZ-4s  
    优化结果
    TO,XN\{y  
    bOB<m4  
    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。 "k;j@  
    光通量
    IIZu&iZo\  
    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 *mvDh9v  
    K)D5%?D  
    &N+,{7.  
    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? 'aN`z3T  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 =&!L&M<<  
    打开 MMA对话框。 .wdWs tQ  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 p aQ"[w  
    Object point (物体坐标)设定为 0, (O[:-Aqm  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, Q; V*M  
    数字化输出, E$4_.Z8sRw  
    绘制图表。 #4yh-D"  
    x)]_]_vX  
    tx+KxOt9Y  
    这是一个表面光栅的分布图。 M%3P@GRg  
    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? MV(Sb:RZ  
    ?Nbc#0pb7  
    3PBGIo  
    在 PANT 文件中添加一个变量: sy\w ^]  
    VY 5 RAD _EusY3q  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: }k{h^!fV  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 RaT_5PH~g  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 9 rMP"td  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    t+H=%{z  
    光通量
    光栅分布
    51)Q&,Mo#  
    3iKy>  
    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。 n[E#K`gg'  
    镜片表面高斯光强分析
    P3W<a4 ==  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. mDCz=pk)  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE sC< B  
    q n6ws  
    2 1LJ3rW_  
    u2FD@Xq?  
    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。) +=N!37+G  
    它有着预期的高斯分布的形状。 lMQ_S"  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 ='\Di '*  
    输入: 7GFE5>H  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE `Z' h[-2`  
    非常均匀水平的光强分布。 b3vPGR  
    2_i9 q>I  
    DMASK 图像
    `pTCK9  
    AeZ__X  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 Y30T>5  
    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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