SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
/2HN>{F^Y
/g$G_}
在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。 第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。 本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 UD)e:G[Gat
目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束。 fS"Hr 0
这是我们初始的输入文件： His*t1o8'O
RLE ! Beginning of lens input file. 。 Kmdlf,[3d
ID KINOFORM BEAM SHAPER b77>$[xB
WA1 .6328 ! Single wavelength u]ZqOJXxu
UNI MM ! Lens is in millimeters D Kw*~0
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. !xKJE:4/,m
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . 2*w:tT8+X
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog *k1<:
@%e
SF6 &k1T08C*
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element Cb_oS4vM
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) 1 `7<2w
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt G5,~Z&}YS
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. p*8-W(u)
RNORM 1 s-7RW
q ;:6_Qr
4 TH 2 GTB S 9P<[7 u
SF6 & BvZF
4 USS 16 ZJjTzEV%^B
CWAV .6328 7 uarh!
HIN 1.7988 55 P@]8pIB0d^
RNORM 1 ~-83Q5/[
! The first side of the second element is also a DOE thqS*I'#g
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface @Fpb-Qd"
7 ! Surfaces 6 and 7 exist cf7v[ZZ}
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. fof2
xcH!
END ! End of lens input file. 7E @+
8p!*?RRme[
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：
> QFHm5Jw
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"9XT)N
PANT ! Start of variable parameter definitions. 34QfgMy H
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY G8I Y#
2 RAD X{g% kf,D=
VLIST TH 3 ! Vary the airspace YUdxG/~'
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, w~@-9<^K]v
VY 3 G 27 ! Y**4, ItX5JV)
VY 3 G 28 ! and Y**6 o_Si mJFK
3?E&}J<n
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4
p Au72O?
VY 4 G 27 ~=Ncp9ej#
VY 4 G 28 M]-VHI[& W
T|"7s PgGR
END 60Z]M+8y8
t +nRw?Z
AANT ! Start of merit function definition u 7;~
AEC J@9}`y=K
ACC C#w]4 $/
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large !?[oIQ)h
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 b8 f+,2Tk
"*7C`y5&P
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones )nu~9km3
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 fRm}S>Nibb
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 y)F!c29
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 IB|] fzy
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 { ?{U,&
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 nVD Xj
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 d/7l efF
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 Bfd-:`Jk
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 %TrF0{NR90
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 y5 m!*=`l`
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 iQ^:
])m>
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 =ex '22
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 1'G8o=~
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 k*-NsNPw$
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, !6w{(Rc(C
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. N*DhjEU)[
END ! End of merit function definition. ' 9J|=z9.
SNAP e@F|NCQ.9
SYNO 40 5eX59:vtl
`dJ DucD
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。） "D* Wi7
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。 = z:U ~D
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！ |xr32g s
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 q vt-
FLUX 100 P 6 eSl-9
^
-PAF p3w\y
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 r dj@u47
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。 OYf{?-QD
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： uC~g#[I QM
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 MY- .t-3
r9ke,7?
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！ ]Qi,j#X
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。 r3I,11B
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE =hw^P%Zn
S 2$5!(P
现在在表面上6做同样的事情。 >uHS[ _`nM
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE Nm8w/Q5D`
w1B< 0'#
下面是生成的系统的RLE文件，如果评估它，可以将其复制并粘贴到编辑器中： ?gV'(3
!
RLE ;mO,3dV
ID KINOFORM BEAM SHAPER *kaJ*Ti-/
FNAME 'L13L1.RLE ' p27p~b&
MERIT 0.270980E-05 +Z? [M1g
WA1 .6328000 7o{*Z
WT1 1.00000 7;HUE!5,^l
APS 1 |l90g|isJ
AFOCAL I^fP k
UNITS MM k]I*:'178
OBG 0.35000000 1.0000000 ;] &-MFv#
0 AIR ,0T)Oc|HL/
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR dE>v\0 3!8
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 0&`}EXe<f
2 N1 1.79881710 *d
l"wH&
2 CTE 0.810000E-05 5fHYc0
2 GTB S 'SF6 ' IYNM U\s
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR + x_ wYv
3 USS 16 ci7~Ke wJ*
CWAV 0.632800 ?@a$!_
HIN 1.798800 55.000000 8Nvr93T,
RNORM 1.00000 tL8't]M,
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 onzA7Gre
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ?1m ,SK
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 \r]('x3S
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 }Z6nN)[|0Y
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 H!JWc'(<$
4 N1 1.79881710 #v qz{R~nM
4 CTE 0.810000E-05 zXgkcq)
4 GTB S 'SF6 ' J%4HNW*p
4 USS 16 zjoo{IH}
CWAV 0.632800 2nx8i A
HIN 1.798800 55.000000 jI#z/a!j:
RNORM 1.00000 gY\mXM*^
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 >H?uuzi
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 n49s3|#)G
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 6 ZHv,e`?
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Fhi5LhWe+.
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR K|~AA"I;
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 0HPO" x3-O
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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