SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
I-s$U T [p
Pw| /PfG
在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。 第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。 本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 C 1HNcfa7
目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束。 -?T|1FA,
这是我们初始的输入文件： N*w{NB 7L
RLE ! Beginning of lens input file. 。 F8m@mh*8>
ID KINOFORM BEAM SHAPER bB.nevb9p
WA1 .6328 ! Single wavelength ZCuh^
UNI MM ! Lens is in millimeters _#U hXXD
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. x@@k_'~t%
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . A- hWg;
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog K0^+2lx
SF6 53 ^1;
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element vP<8 ,XG
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) jK=-L#hz
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt `4]-B@
7_
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. ( (mNB]sy
RNORM 1 YKj P E
X15e~;&
4 TH 2 GTB S bO{wQ1)Z_
SF6 | w^nCsv
4 USS 16 g60r m1b
CWAV .6328 dJg72?"ka
HIN 1.7988 55 c/}bx52>u
RNORM 1 ,e>N9\*
! The first side of the second element is also a DOE oxm3R8 S
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface Hb *&&
7 ! Surfaces 6 and 7 exist n|iO)L\9aB
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. R Il+QA
END ! End of lens input file. |4FvP R [
[< {+tAdn)
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： bc|DC,n?
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： -i?- Xj#%
PANT ! Start of variable parameter definitions. dj cC m5m
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY -d
6B;I<'
2 RAD DPZG_{3D
VLIST TH 3 ! Vary the airspace `H6kC$^Ofx
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, +Te;LJP
VY 3 G 27 ! Y**4, t |aBe7t7
VY 3 G 28 ! and Y**6 M1T)e9k=x
~O}LAzGb
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 <OEu 4,~:
VY 4 G 27 x;Jy-hMNl
VY 4 G 28 zj^Ys`nl
7x^P 7 4
END X o>P?^c4?
IOsitMOX:
AANT ! Start of merit function definition viT/$7`AI
AEC vo[Zuv?<h
ACC ^U.8grA
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large Xj&fWu A
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 A-&C.g
a 8Jn.!
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones Lh6G"f(n
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 .R` {.~_{!
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 R*D0 A@
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 %W=S*"e-
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 jd|? aK;(
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 %+U.zd$
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 8M;V X3X
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 t3.;W/0_
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 F`;oe[wfk
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 R g 7 O
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 lz?F ,].
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 18 pi3i[
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 0 V:z(r
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 vd>X4e ^j
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, =l
TV2C<
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. hmv"|1Sa!~
END ! End of merit function definition. rYbb&z!u
SNAP w:P$ S
SYNO 40 JJ5s
|&}
K'EGm #I
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。） gf()NfUvRH
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。 ?r"'JO.w
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！ C~F do0D
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 $ IzhaX
FLUX 100 P 6 ^| L@f
-NW7ncB|
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 :|3n` ,
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。 ) #
le|Rf
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： b13XHR)0
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 #gzY _)E
zWYm* c"n\
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！ v|:2U8YREf
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。 d?G ~k[C!a
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE EY=`/~|c
&eYnO~$!
现在在表面上6做同样的事情。 C'mYR3?m;
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE }!=}g|z#|
LWQ.!;HY p
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： Wy{xTLXk2
RLE 69#D,ME?
ID KINOFORM BEAM SHAPER =SJw CT0;
FNAME 'L13L1.RLE ' i;4|UeUl
MERIT 0.270980E-05 $89hkUuTu^
WA1 .6328000 %Q9
i R5?
WT1 1.00000 vK\n4mE[,
APS 1 \*{tAF
AFOCAL v0EF?$Wo
UNITS MM LgN\%5f-
OBG 0.35000000 1.0000000 2
MFGKz O
0 AIR 7O6VnKl
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR /">A3bq
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 FwU*]wx|{
2 N1 1.79881710 Y{yN*9a79
2 CTE 0.810000E-05 A#&Q(g\YE
2 GTB S 'SF6 ' 99Jk<x
k
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR .{6?%lt
3 USS 16 uM3F[p%V^
CWAV 0.632800 9y/gWE
HIN 1.798800 55.000000 hV Q
TW [
RNORM 1.00000 rN3i5.*/t
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 B- 63IN
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 z:PH _N~
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 C4 V#qhj
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Zkn $D:
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 rSTc4m1R
4 N1 1.79881710 bJ8~/d]+
4 CTE 0.810000E-05 .:eNL]2%:
4 GTB S 'SF6 ' >AcpJ|V
4 USS 16 r Ntc{{3_
CWAV 0.632800 D8+68_BEM
HIN 1.798800 55.000000 "z+Z8l1.
RNORM 1.00000 k^A Y g!~
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 t(SSr M]
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 .hh 2II
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 ,}&E=5MF\
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 o6e6Jw
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR {Kp<T
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 13s0uyYU<m
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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