[原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程八十一：变倍激光扩束器 [复制链接]

一.概述 2H`r:x<Z-  
Z;uKnJh  
由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点，激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用(在实际应用或实验过程中，通常需要用到口径不一的准直激光光束。尤其是在实验操作过程中，每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路，不利于实验操作。因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。 E!Q@AZ  
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类： nOPB*{r|  
第一类是选用反射系统，此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束，常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。由于此类系统通常采用非球面镜片，并且是固定的扩束比，通常是单独设计某一类口径的光束。而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度，所以此类系统适合大倍率扩束的应用； I0F[Z\U  
第二类是选用透射式系统，此类系统是由两个或两个以上的透镜组成，常见的系统有开普勒系统和伽利略系统，由于此类系统结构简单，实际应用价值较高，所以具有小变倍比需求的系统可采用第二类方法。 MGF!Z
Z\  
m~+.vk  
二.设计要求 fz|*Plv  
P'Y(f!%  
X?haHM#]  
波长：632nm +PYV-@q  
变倍比：1-10X }@bp v  
入射光束直径：<=5mm &b@_ah+f  
出射光束直径:<=50mm s]m]b#1!r  
总长<200mm @wXYza0|d  
设计确保从全孔径出射的光线与光轴之间的角度小于0.03° Zna6-0o  
e)HFI|>  
利用SYNOPSYS中自带的ZSEARCH功能，ZSEARCH与DSEARCH一样，都能够自动按照给定的初始条件，对初始结构进行搜索，列出10个最佳的初始结构。 ~~{lIO)&  
阅读 HELP ZSEARCH可以帮助您快速的了解ZSEARCH的使用细节。 $(62j0mS>  
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果： Ov(k:"N  
Sqp9
1[,  
运行搜索宏可以得到10个初始结构 1jx?zvE,  
!*c%Dj  
$D`Kz*/.  
选取一个最佳结构进行下一步的分析。 dU-:#QV6  
bD v&;Z  
^X#)'\T
 
_oZ3n2v}@  
点击右侧的模块，查看初始结构的变倍功能。点击光线追迹 >真实光线追迹 >执行也可以查看光线的放大情况。 MTwzL<@$  
&v]xYb)+<  
此处给出10、6、1变倍比图样。 9uxoMjR-  
再在命令行窗口中输入SPEC，查看镜头参数。 tuH#Cy  
HAc"&#pG  
:2 \NG}  
#: EhGlq8  
此时总长也满足设计要求，最终结果是否达到设计要求，我们还需要通过一些像质评价方法来评定，激光扩束系统常采用波像差对系统成像质量进行评价。初始结构波像差如图所示： \ $TM=Ykj  
c CjN8<  
观察到波像差均方根在λ/5附近还较大，进行优化并模拟退火，最终得到波像图如图所示： "S@]yL  
]Y,V)41gCE  
   D8k >f ]  
三.总结 <DqFfrpc  
K z^.v`  
该镜头所有指标已经基本满足要求，使用了8片透镜。