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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 (z  9M  
    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。 3@42u G>  
    / }Pj^^6A<  
    初始宏文件可以评论区留言获取 .,F`*JVFq  
    DIw9ov>k  
    (\UpJlW  
    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。 -car>hQq  
    ?azcWf z0  
    2.1设计要求
    qP BOt;N  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: i2+_~$f  
    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。 >Og|*g  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: ,ygUy]  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    x;{Hd;<YF  
    mgMa)yc!dp  
    A DVUx}  
    以上展示部分命令,这其中, h43py8v  
    OBG 的物是高斯光束. \,ne7G21j  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. h"7~`!"~  
    得到的初始结构如下:
    8]D0)  
    83J6 3Xa  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 1my1m  
    原因如下: $,zW0</P*l  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 6aLRnH"Ud  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 ^.9Df A0  
    优化
    r @}N6U~*  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 8([ MR  
    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。 }N&? 8s=  
    改变高阶项
    Z/czAr@4  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? G=]ox*BY  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 f,x;t-o+R  
    HELP USS Y#QXvo%  
    然后找到类型16。 YSrjg|k*  
    @C%6Wo4l3  
    优化结果
    %JgdLnQE  
    (&Rql7](8  
    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。 (D:-p:q.  
    光通量
    `hdN 6PgK  
    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 JIIc4fyy8s  
    rp+]f\] h  
    nxB[T o*P  
    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? D|*yeS4>  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 HX)]@qL  
    打开 MMA对话框。 1nw\?r2  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 NeJ->x,  
    Object point (物体坐标)设定为 0, --EDr>'D5P  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, $6(a6!  
    数字化输出, N<ux4tz  
    绘制图表。 ?GlXxx=eV  
    9c%CCZ  
    A{e>7Z72  
    这是一个表面光栅的分布图。 XhA tf @n  
    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? r@/@b{=  
    o".,JnbX l  
    KaX*) P  
    在 PANT 文件中添加一个变量: SU1N*k#-o  
    VY 5 RAD !FDd5CS  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: P*H0Hwn;  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 TyjZ  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 k>\v]&|T`  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    :t<S  
    光通量
    光栅分布
    [:(/cKo  
    y$9! rbL  
    现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 >cLh$;l  
    镜片表面高斯光强分析
    #4JLWg  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. @%G?Nht]o  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE `a!9_%|8  
    { 0-on"o  
    DVVyWn[  
    U1HG{u,"y  
    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。) M>[ A  
    它有着预期的高斯分布的形状。 8\^A;5  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 !/!ga)Y  
    输入: -7]j[{?w  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE jCXBp>9$M  
    非常均匀水平的光强分布。 N#ZWW6  
    gb|;]mk*"  
    DMASK 图像
    %B( rW?p&  
    ,wM4X'] HR  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 E3l*_b0  
    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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