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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~EzaC?fQ
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）。 X-LA}YH=tS
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。 )D&M2CUw"f
这是我们初始的输入文件： V/d/L3p
RLE ! Beginning of lens input file. 。 >EsziRm
ID KINOFORM BEAM SHAPER i_R e*
WA1 .6328 ! Single wavelength Z?P~z07
UNI MM ! Lens is in millimeters WLa!.v>
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. +!IQj0&'Y3
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . }A=y=+4 j
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog I){\0vb@
SF6
-t 2T(ha
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element
|{r$jZeE
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) }R[#?ty; ]
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt dy__e ^qi
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. fWc|gq
RNORM 1 $rF=_D6
2&'|Eqk
4 TH 2 GTB S ]uj=:@
SF6 `;|5
4 USS 16 IQ< MyB(
CWAV .6328 aNn"X y\ k
HIN 1.7988 55 T<3BT
RNORM 1 $
,SF@BhO
! The first side of the second element is also a DOE Rlnb db;!k
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface U[L9*=P;
7 ! Surfaces 6 and 7 exist oI:o"T77sA
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. zya5Jb:Sg
END ! End of lens input file. Ji1Pz)fq
-oeL {9;
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： 0~wF3BgV
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： /={Js*
PANT ! Start of variable parameter definitions. 7!,YNy%
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY X"gCR n%tn
2 RAD 'i;|c
VLIST TH 3 ! Vary the airspace !Cgx.
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, <!-sZ_qq
VY 3 G 27 ! Y**4, ]5~s "fnG
VY 3 G 28 ! and Y**6 ?Xdak|? i
sDr/k`>
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 taGU
VY 4 G 27 [ EFMu;q
VY 4 G 28 S po?i.#
Zwcy4 >8
END |@ ,|F:h<M
j'[m:/
AANT ! Start of merit function definition c _a Z{S
AEC iGB_{F~t4}
ACC CT0l!J~5m~
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large mk7&<M
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 [7(-T?_
kGpa\c
g1
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones PB%-9C0
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 q~CA0AR
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 qq)0yyL r
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 m)V/L]4
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 y4h=Lki@
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 *Av"JAX
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 #;n +YM">:
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 [I4ege>
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 gaA<}Tp,
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 9/+Nj /
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 o6f_l^+H
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 ^F?&|clM/
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 E?(xb B
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 e8YMX&0%
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, S'oGt &Z<
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. tm7u^9]
END ! End of merit function definition. 3@5=+z~CW
SNAP 2[0JO.K
4
SYNO 40 iU6Gp-<M ,
8|E'>+ D_-
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。） e><5Pr)
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。 BBcV9CGU
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！ Ax !+P\\2~
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 Sa19q.~%
FLUX 100 P 6 0%!rx{f#\
b64
@s2]
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 JCAq8=zM
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。 cb5, P~/q
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： Xf)| Pu
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 f |u#2!7
{'16:dTJ
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！ =] 3tUD
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。 r>bJ%M}
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 6_N(;6kx(
Kx_h 1{
现在在表面上6做同样的事情。 K't]n{$
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE 5k|9gICyd*
/b|0PMX
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： 8w({\=
RLE pm{| ? R
ID KINOFORM BEAM SHAPER u&wi GwF[
FNAME 'L13L1.RLE ' Zo>]rKeV
MERIT 0.270980E-05 ?f/n0U4w
WA1 .6328000 =_Y G#yS
WT1 1.00000 *,Bzc Z
APS 1 (k np#
AFOCAL _G1gtu]
UNITS MM ja=F 7Usb
OBG 0.35000000 1.0000000 Zw
wqSyuGf
0 AIR !n^OM?.4
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR .f+ TZDUO
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000
]({~,8s
2 N1 1.79881710 Q]p(u\*
2 CTE 0.810000E-05 l7De6A"
2 GTB S 'SF6 ' NH_<q"gT
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR @3kKJ
3 USS 16 A<;SnXm
CWAV 0.632800 v@# b}N0n
HIN 1.798800 55.000000 #n h|=X
RNORM 1.00000 9)VF 1LD
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 O9:U8$*
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0Ia( $.1mY
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 -.{g }R%
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ZoArQ(YFy
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 A=Ss6 -Je
4 N1 1.79881710 @?"h
!fyu
4 CTE 0.810000E-05 r1fGJv1!o
4 GTB S 'SF6 ' %u;~kP|S%
4 USS 16 GKcv<G208
CWAV 0.632800 F5o+kz$;
HIN 1.798800 55.000000 2k<;R':
RNORM 1.00000 F`9]=T0
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 %6_AM
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 zRPeNdX
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 0@AAulRl
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 3MRc 4UlB
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR
YtO|D
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR W0}B'VS.I
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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