SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
f"MID 6
:#rP$LSYC
在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。 第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。 本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 /$~1e7 W
目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束。 {2\Y%Y'}*
这是我们初始的输入文件： .t8)`MU6.
RLE ! Beginning of lens input file. 。 S$mv( C
ID KINOFORM BEAM SHAPER >ahDc!Jyu
WA1 .6328 ! Single wavelength z0 "DbZ;d
UNI MM ! Lens is in millimeters tLE8+[
SU
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. 8!_jZ f8
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . 6h:QSVfx
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog eM7@!CdA9q
SF6 }3Es&p$9
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element ":]X r!e
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) @v-^j
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt S=@+qcI
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. j\y;~
V
RNORM 1 =ZgueUz,
=KE7NXu]-
4 TH 2 GTB S opcanl9pSW
SF6 :'%6
4 USS 16 g4?2'G5m?
CWAV .6328 X~{6$J|]#i
HIN 1.7988 55 CoN[Yf3\
RNORM 1 QPlU+5Cx
! The first side of the second element is also a DOE k/K)nH@)
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface (NJ{> @&
7 ! Surfaces 6 and 7 exist "{0G,tdA
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. #C S>_qe.{
END ! End of lens input file. oF%m
8_ Oeui(i
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： te@m#` p9
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： ]N>ZOV,>
PANT ! Start of variable parameter definitions. u0C: q`;z
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY d4Uw+3ikW
2 RAD ^~4]"J} ;M
VLIST TH 3 ! Vary the airspace R7::f\I
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, DB v M.'b$
VY 3 G 27 ! Y**4, ni;_Un~
VY 3 G 28 ! and Y**6 qCs/sW
w-|Rb~XT
h
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 v\x l?F
VY 4 G 27 -&/?&{Q0
VY 4 G 28 ]kj^T?&n.
+){^HC\7h
END 8Km&3nCv$Q
!(d] f0
AANT ! Start of merit function definition DV5hTw0
AEC \u[x<-\/6
ACC a&s34Pd
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large 6H#: rM
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 Z-@nXt
u8f\)m
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones *>m[ZJd %=
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 z "@^'{.l
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 WjV Bz
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 Qz(D1>5I?
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 mWviWHK
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 bT:u |/I
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 (UkP AE
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 @@Ib^sB%
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 :6Ri% Nb
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 jWdviS9&g
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 h.<f%&)F
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 Tm %5:/<8
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 ?:R ]p2 ID
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 V,r~ %p
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, \E c<ch[)c
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. A 3 V
END ! End of merit function definition. 54 $^l dD
SNAP 9< mM U:
SYNO 40 PT>b%7Of
>.<VD7p
这个PANT文件改变了一些通用的G变量，我们在上一课中使用它来改变镜头元件上的一些非球面系数项。 但在这种情况下，表面已经被定义为USS类型16，这是一个简单的DOE表面，因此这些选项改变了定义该形状的系数。 （键入HELP USS以了解您可用的形状以及G系数如何应用于它们。） }*x1e_m}H
我们运行这个宏，镜头看起来很有希望。 所以我们再次运行它然后模拟退火几个周期。 1}VaBsEV
结果变得更好了。 我们尝试改变一些高阶系数。 我们在两个DOE上添加新系数，最高为G 31，即Y ** 12系数。 重新优化后，镜头看起来大致相同，但评价函数下降到3.13E-7。 看起来结果收敛了！ A
mZXUb
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 f2g tz{r
FLUX 100 P 6 &xGdKH
!vz'zy)7
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 - %fQr5
这确实是一个很好的设计。 现在的问题是，可以被加工吗？ 表面4的空间频率是多少？ 如果它太高，制造技术可能会遇到麻烦。 我们打开MMA对话框以选择MAP命令的输入。 我们选择一个HSFREQ over PUPIL的图，对象为POINT 0，而raygrid CREC的网格为7，DIGITAL输出和PLOT。 结果显示在镜片边缘右侧，下方的频率为99.43 c / mm。 :WB u U
10微米/周期，这是可以制作的，但不容易被加工。 我们可以减少到50 c / mm吗？ 我们将变量5 RAD添加到变量列表中，并为AANT文件添加新的像差： fJFNS
y
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 c=sV"r?
V.B@@ ;
程序现在控制表面4上的频率。我们重新优化，现在表面5略微凸起，4上的空间频率正好在50 c / mm。 光通量均匀性与以前一样好。 任务完成！ b9H(w%7ucU
我们做得怎么样？ 在光束重构之前，运行DPROP命令，检查曲面3处的轮廓。 这显示了该点处光束的高斯分布。 |\(uO| )ju
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 9#DXA}
.s{ "NqRA
现在在表面上6做同样的事情。 7Kw'Y8
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE +C% 6jGGh
w:\} B'u
下面是生成的系统的RLE文件，如果评估它，可以将其复制并粘贴到编辑器中： -y. cy'$f
RLE (]@ S<0
ID KINOFORM BEAM SHAPER :1 +Aj
(
FNAME 'L13L1.RLE ' Us`=^\
MERIT 0.270980E-05 0)&!$@HW
WA1 .6328000 1I%u)[;>
WT1 1.00000 w =GMQ8
APS 1 FC0fe_U(F
AFOCAL ( .-4Jn
UNITS MM /k'7j*t Z
OBG 0.35000000 1.0000000 Zc7;&cz
0 AIR ~"+"6zg
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR /,G `V
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 9=j9vBV
2 N1 1.79881710 /A9RmTb
2 CTE 0.810000E-05 +tPBm{|
2 GTB S 'SF6 ' TFXBN.?9T
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR =j>xu|q
3 USS 16 yTZev|ej@
CWAV 0.632800 t}+/GSwT
HIN 1.798800 55.000000 |4\1V=(
RNORM 1.00000 +&.zwniSS
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ^s)`UZ<C=
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 u=:f%l
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 xmg3,bO
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Ph3;;,v '
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 _xKn2 ?d8g
4 N1 1.79881710 $z P5Hzx
4 CTE 0.810000E-05 FL{Uz+Q
4 GTB S 'SF6 ' ?V6,>e_+
4 USS 16 -6[DQB
CWAV 0.632800 HA'~1$#z
HIN 1.798800 55.000000 j_JY[sex
RNORM 1.00000 G9:XEEN
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 c~<;}ve^z
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 +byOThuE
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 7d;|?R-8D
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 f|{iW E2d
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR bYsX?0T!p
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR \_ Bj "K
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
