SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
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@(?d0xCg
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）。 _j
tS-CnO
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。 ," R_ve
这是我们初始的输入文件： $X]v;B)J|
RLE ! Beginning of lens input file. 。 + zPg`/
ID KINOFORM BEAM SHAPER +'4 dP#
WA1 .6328 ! Single wavelength ->{WO+6(
UNI MM ! Lens is in millimeters m,q<R1
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. t!C-G+It
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . }TLC b/+
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog X;RI7{fW%X
SF6 bJ}+<##
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element U<gw<[>f
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) WR1 ,J0UU6
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt }Pu O$
L
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. OaWq8MIZ-
RNORM 1 ir?9{t/()
:UciFIa
4 TH 2 GTB S <3Cr CEPC
SF6 "G(/MT^C
4 USS 16 {`
CWAV .6328 gC 4#!P
HIN 1.7988 55 DR=1';63
RNORM 1 \Y p
oJ!-
! The first side of the second element is also a DOE zb$U'D_ -f
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface w5\)di
7 ! Surfaces 6 and 7 exist [X]o `
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. v$Z1Lh
END ! End of lens input file. q o|iw+0Y
H_]kR&F8
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： N"y4#W(Z@
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： M?lr#} d
PANT ! Start of variable parameter definitions. =G6@:h=
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY [8#l~
|U
2 RAD y0]O 6.{
VLIST TH 3 ! Vary the airspace WH*&MIjAr/
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, 2T5ZbXc+x
VY 3 G 27 ! Y**4, \PJ89u0
VY 3 G 28 ! and Y**6 KG@hjO
_L>n!"E/
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 Tr)[q>
VY 4 G 27 4LLCb7/5lP
VY 4 G 28 cyyFIJj]
&baY[[N
END jL&F7itP
IZLX[y
AANT ! Start of merit function definition 'z/hj>B<
AEC /FY_LM
ACC 9"TPDU7"
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large iDr0_y*t
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 ,@xZuq+K<
Lq.k?!D3uh
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones ]LjW,b"
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 Sr IynO
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 X +R_TC
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 }dCnFZ{K3
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 = 1C9lKm
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 E:AXnnGKO
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 X@rAe37h+
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 N{0 D <"
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 KMa?2cJH#
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 .E(Ucnz/
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 7JbrIdDl|
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 4[D@[k As
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 kmwF w>#
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 1ARI Z;H
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, +}]xuYzo
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. lOZZ-
END ! End of merit function definition. h1$,
SNAP ~<-i7u M
SYNO 40 u56cT/J 1
sy;~(rpg
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。） <#sK~G
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。 Em;zi.Y+V
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！ GI/o!0"_
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 L,$9)`j
FLUX 100 P 6 SX#ATf6#
i{.!1i:
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 1QThA FN
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。 6;Bqu5_Cj
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： _:J!
|'
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 R/=yS7@{)
pV_2JXM~@
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！ I?gbu@ o
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。 ;TYkJH"
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE ^c*'O0y[D
0=NB[eG
现在在表面上6做同样的事情。 yo5|~"yZY
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE b@Fa| >"_
c8h
9
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： i -+B{H
RLE Q/':<QY
ID KINOFORM BEAM SHAPER "Mth<%i
FNAME 'L13L1.RLE ' Gmc0yRN
MERIT 0.270980E-05 2!A/]:[F
WA1 .6328000 I / c*
?
WT1 1.00000 < Fi/!
APS 1 &@y W< <
AFOCAL uv, t(a.^
UNITS MM Y kTEAI|i
OBG 0.35000000 1.0000000 h-V5&em"_
0 AIR H'+P7*k#M
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR nCt:n}+C7
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 }2}hH0R
2 N1 1.79881710 tcfUhSz,I
2 CTE 0.810000E-05 dLLF#N
2 GTB S 'SF6 ' f5AK@]4G
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR IL\#!|>
3 USS 16 WSL_Dc
CWAV 0.632800 cJ&% XN
HIN 1.798800 55.000000 {A{ =RPL
RNORM 1.00000 J?HYN%
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ^8DC
W`V
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 99vm7"5 hQ
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 bPWIf*3#
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 bX8Bn0#a+
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 \59+JLmP4
4 N1 1.79881710 &{99Owqg
4 CTE 0.810000E-05 |d K_^~;o
4 GTB S 'SF6 ' '6WaG
hvO
4 USS 16 El ,p }Bi.
CWAV 0.632800 X2~>Z^,
U
HIN 1.798800 55.000000 kP3'BBd,
RNORM 1.00000 `8 EHhN;
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 to2dkU
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 -W2 !_
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 wU ab)L
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 lIz"mk
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR b k 30d
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR =JY9K0S~
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
