SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
*?bk?*?s
Z|(c(H2
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）。 eky(;%Sz
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。 5eOj, [?
这是我们初始的输入文件： |jk-@ Z*
RLE ! Beginning of lens input file. 。 A6N~UV*_
ID KINOFORM BEAM SHAPER Wzqb>.
WA1 .6328 ! Single wavelength Q+d.%qhc
UNI MM ! Lens is in millimeters 8pPC 9ew\=
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. gr>o
E#7
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . x_<bK$OU
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog WBr:|F+~s
SF6 'cZMRR c <
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element I/HV;g:#
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) $>r>0S#+\&
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt y|6@-:B.
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. [v0ri< sm
RNORM 1 1BMB?I
-XVEV
4 TH 2 GTB S ,g/ _eROJ
SF6 ])V2}g H
4 USS 16 +9zJlL^A%
CWAV .6328 VU! l50
HIN 1.7988 55 (Pv`L
RNORM 1 oWp}O?
! The first side of the second element is also a DOE ]$~ Fzs
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface heL$2dZ5H
7 ! Surfaces 6 and 7 exist "{A*(.
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. pw,O"6J*
END ! End of lens input file. : 8^M5}
7m:|u*ij2~
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： f]tv`<Q7
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： 0]T.Lh$3
PANT ! Start of variable parameter definitions. 5: daa
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY ><NI'q*cQ
2 RAD Zc'|!pT _
VLIST TH 3 ! Vary the airspace x&C%4Y_]
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, 0R HS] cN
VY 3 G 27 ! Y**4, 6a4 'xq7
VY 3 G 28 ! and Y**6 R_1)mPQ^P
DX}B0B
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 L*g.
6+2
VY 4 G 27 E/mubA (&
VY 4 G 28 .dx
4,|6
0]AN;
END 4_PCq Ep)
I|,pE**T
AANT ! Start of merit function definition sm 's-gD
AEC $hkq>i \
ACC sl/=g
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large /g_ 9m
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 q0,kDM66
q#P$'7"
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones 4k8*E5cx
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 v*E(/}<v
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 %35L=d[
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 t,
U)
~wi
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 g;pR^D'M5C
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 ;{vwBDV!'
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 wfgqgPo!v
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 pO%{'%RA
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 *7ZGq(O
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 V=pMq?Nr
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 Hd9XfU
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 qv[[Q[RK-5
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 qn B<k,8T
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 'Qa5n\HX$
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, U@G"`RYl
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. bS .s?a
END ! End of merit function definition. xwRhs!`t1
SNAP /F.Wigv
SYNO 40 # 05jC6
j^f lwk
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<>*( x/\e
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。
bu>qsU3
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！ jMM$ d,7B
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 cHx%N d\
FLUX 100 P 6 'OwyyPBF
0Vkl`DmeM.
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 9'?se5\
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。 ,apNwkY
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： FmEc`N9\v
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 * z'8j
%SrM|&[
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！ "13 "`!m
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<(6?
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE ]mQw,S)/"
+k.%PO0n p
现在在表面上6做同样的事情。 nd ink$
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE ~. YWV
~e `Bq>
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： <A >)[u
RLE pd3,pQ
ID KINOFORM BEAM SHAPER K{@ 3\5<
FNAME 'L13L1.RLE ' .Da'pOe
MERIT 0.270980E-05 \P;rES'
WA1 .6328000 OoBCY-gj*
WT1 1.00000 )[L^Dmd,
APS 1 +uo{ m~_4
AFOCAL -`+<{NHv\
UNITS MM k1^\|
OBG 0.35000000 1.0000000 +-<}+8G;
0 AIR k|vI<:'p,
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR QzOkpewf
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 r@U3sO#N
2 N1 1.79881710 J@_ctGv
2 CTE 0.810000E-05
|l 0Ea
2 GTB S 'SF6 ' 2 6 I
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR p =(@3%k
3 USS 16 \3Pv# )
CWAV 0.632800 SJ?6{2^
HIN 1.798800 55.000000 P`$!@T0=
RNORM 1.00000 0nJE/JZ
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 |TsE-t*E}
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 UlcH%pxTt1
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 6"/WZmOp
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 59r_#(uo
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 ^T5X)Nu{=C
4 N1 1.79881710 r%@Lej5+
4 CTE 0.810000E-05 dq\FBwfe
4 GTB S 'SF6 ' R=Z n -q
4 USS 16
YZ c>dE
CWAV 0.632800 t?c}L7ht
HIN 1.798800 55.000000 ;G |i^
RNORM 1.00000 6$U]9D
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 =,y |00l
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 =( v^5
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 #KxbM -1=
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 h RC
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR wh6yPVVF/
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR /ID3s`D)
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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