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    [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]

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    离线小火龙果
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-08-05
    一.概述 "L8Hgwg  
    IWI$@dng6  
    由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点,激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用(在实际应用或实验过程中,通常需要用到口径不一的准直激光光束。尤其是在实验操作过程中,每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路,不利于实验操作。因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。 ~:|V,1  
    目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类: kf#S"[/E  
    第一类是选用反射系统,此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束,常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。由于此类系统通常采用非球面镜片,并且是固定的扩束比,通常是单独设计某一类口径的光束。而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度,所以此类系统适合大倍率扩束的应用; P m&^rC;  
    第二类是选用透射式系统,此类系统是由两个或两个以上的透镜组成,常见的系统有开普勒系统和伽利略系统,由于此类系统结构简单,实际应用价值较高,所以具有小变倍比需求的系统可采用第二类方法。 ~y whl'"k  
    I1s$\NZ~]  
    二.设计要求 "9N;&^ I  
    V 'fri/Z  
    # @7 I  
    波长:632nm qv |}>wU  
    变倍比:1-10X -3 "<znv  
    入射光束直径:<=5mm KuL+~  
    出射光束直径:<=50mm \((5Sd  
    总长<200mm ,p!IFS`  
    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° Vock19P  
    pd.unEWwF  
    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。 s?4nR:ZC}  
    阅读 HELP ZSEARCH可以帮助您快速的了解ZSEARCH的使用细节。 Y]5MM:mI  
    SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果: I7#JT?\}  
    xDsKb_  
    初始宏文件
    请评论留言获取
    -"^xg"  
    运行搜索宏可以得到10个初始结构 2 !9Zw$  
    9E0x\%2K  
    zJ:%iL@  
    选取一个最佳结构进行下一步的分析。 %%)y4>I  
    <P@O{Xi+K  
    7KJ0>0~Et  
    4I|pkdF_  
    @D `j   
    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。 yNU}1_oK  
    (Jk[%_b>_  
    (图一 出入射光线10、6、1倍变倍比)
    Kltqe5  
    Q&"oh  
    (图二 3D绘图10、7、5、1倍扩束)
    )|AxQPd  
    此处给出10、6、1变倍比图样。 v (S h+p  
    再在命令行窗口中输入SPEC,查看镜头参数 |`V=hqe{  
    f&RjvVP?s  
    ZvO1=* J,  
    ya,-Lt  
    %T\ 2.vl  
    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: [nrD4  
    "pH;0[r]  
    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: jpoNTl'  
    {y%@1q%"  
       v$g\]QS p  
    三.总结 v-Q>I5D;:  
    *19a\m=>oi  
    该镜头所有指标已经基本满足要求,使用了8片透镜。
     
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