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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-Q`C q |s
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）。 ~!
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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。 C"T ,MH
这是我们初始的输入文件： rqvU8T7A
RLE ! Beginning of lens input file. 。 O=O(3Pf>
ID KINOFORM BEAM SHAPER
o?R,0 -
WA1 .6328 ! Single wavelength tm xP O e
UNI MM ! Lens is in millimeters PbUI!Xqe`
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. Nz]aaoO4
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . VA]ZR+m
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog rZ866\0
SF6 w?a i,Pw
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element oBUh]sR{.
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) [u\CD sX
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt <jL#>L%%
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. h 2}am:%mC
RNORM 1 "X ?LAo
F> Mr<k=@;
4 TH 2 GTB S b yj[u!{
SF6 2?*1~ 5~I
4 USS 16 2wOy}:
CWAV .6328 c20|Cx2m
HIN 1.7988 55 fbL!=]A*3
RNORM 1 `hF;$
! The first side of the second element is also a DOE 7+] F^
6
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface &
3I7 ]Wm
7 ! Surfaces 6 and 7 exist w2<*$~C]
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. XkoW L
END ! End of lens input file. n1`T#%e
NQ3|\<Wt
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： InX{V|CW?
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： /kb$p8!C".
PANT ! Start of variable parameter definitions. K#U{<pUP
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY s_` V*`n&
2 RAD r2)pAiTM *
VLIST TH 3 ! Vary the airspace R]fYe#!"
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, i-Ljff
VY 3 G 27 ! Y**4, /op/g]O}
VY 3 G 28 ! and Y**6 "x.88,T6
z5I^0'
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 ;W4:#/~14
VY 4 G 27 `i{4cT8:
VY 4 G 28 d TgM"k
4 jD\]Q="1
END v @_?iC"`
u p7 x)w:
AANT ! Start of merit function definition z+2u- jG
AEC [@s= J)H
ACC 8ST ~$!z$
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large 8s&2 gn 1
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 i!ds {`d
n+S&!PB
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones GHqBnE{B
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 A< 1l^%i
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 d<)s@Ntgm
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 -<12~HKK::
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 CYMM*4#
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 rGAFp,}-f
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 3Y=,r!F.h
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 |4LQ\'N&
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 ?RqTbT@ ~
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 T=O l`?5
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 lP-kZA!
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 jm~mhAE#
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 )SC`6(GW
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 q 8tP29
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, P|yGx)'^P
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. <(ubZ
END ! End of merit function definition. >J?jr&i
SNAP V&$ J;
SYNO 40 }b<87#Nb9R
o4U]lK$
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。） h7)VJY
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。 qb
46EZu
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！ ,OFq'}q
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 9 #.<E5:
FLUX 100 P 6 U=_~{[/
lsN /$ M|}
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 LJ:mJ#
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。 I>(;bNgN E
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： 3/ yt*cr
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 Gl d H SCy
Uv#>d}P
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！ :H~UyrN
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。 A)~ /~
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE oR!n bm
ze-TBh/
现在在表面上6做同样的事情。 v[p/c.p? i
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE - d\AiT
\fkS_r, i
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： n$}R/*
RLE K*J4&5?/
ID KINOFORM BEAM SHAPER f]{ 1ZU%4
FNAME 'L13L1.RLE ' cWX"e6
MERIT 0.270980E-05 !4DG P28
WA1 .6328000 ym- lT|>Z
WT1 1.00000 2D\x-!l/
APS 1 rQ 9?N^&!%
AFOCAL (xjoRbU*
UNITS MM .Bm ^3A
OBG 0.35000000 1.0000000 8YT_DM5iI
0 AIR { c6DT
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR f0N)N}y
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 [1Qk cR
2 N1 1.79881710 f 6dE\
2 CTE 0.810000E-05 Q
T0IW(A
2 GTB S 'SF6 ' tXb7~aO
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR OoU '86)
3 USS 16 f0HV*%8
CWAV 0.632800 Occ8Hk/l.
HIN 1.798800 55.000000 7#~m:K@
RNORM 1.00000 KNUM z4
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 l{D,O?`Av
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 b> >=d)R
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 NL>[8#
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 zd*W5~xKg
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 C7c|\ T
4 N1 1.79881710 ??esB& 4?
4 CTE 0.810000E-05 0W<nE[U
4 GTB S 'SF6 ' ?
A^3.`
4 USS 16 O. .@<.
CWAV 0.632800 n79DS(t
HIN 1.798800 55.000000 C6;](rN)N
RNORM 1.00000 ;?Y ` e
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ,co9f .(w
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 V~gUMu4ot
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 Fc lSuQWti
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 u q#h\p|
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR \Im \*A
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ^w. (*; /
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
