SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
M,V~oc 5
!da [#zK
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）。 q` Z_ Bw
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。 Z&w/J P?
这是我们初始的输入文件： 34e > R?J
RLE ! Beginning of lens input file. 。 Xe:gH.}
ID KINOFORM BEAM SHAPER LLlt9(^d
WA1 .6328 ! Single wavelength :\sz`p?EC
UNI MM ! Lens is in millimeters FWu[{X;
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. :#I7);ol
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . Q(gc( bJV
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog C[0*> W8o
SF6 npD`9ff
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element BXx0Z
%e.3
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) wE u"X
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt hnf7Q l}
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. zVL" $ )
RNORM 1 F ]L$xU
qT}AY.O%^
4 TH 2 GTB S hynX5,p;.
SF6 n>|7 k3
4 USS 16 d@u)'AY%/
CWAV .6328 uOU?-WtPz
HIN 1.7988 55 1>wQ&{
RNORM 1 ;3 |Z}P
! The first side of the second element is also a DOE WhU-^`[*
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface 3\~
RWoB0u
7 ! Surfaces 6 and 7 exist SmR" gu
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. AR}q<k6E
END ! End of lens input file. oI/jGy Y;
P*M$^p
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： O,>`#?
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： aLKvl~s;m
PANT ! Start of variable parameter definitions. %?`TyVt&0
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY 2S`D7R#6s
2 RAD 3$E\B=7/U
VLIST TH 3 ! Vary the airspace EoOB0zo}Y+
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, ={GYJ. *Ah
VY 3 G 27 ! Y**4, WOg PhJ
VY 3 G 28 ! and Y**6 GNIZHyT(O
NE'4atQ|
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 9N ?BWv }
VY 4 G 27 /'S@iq
VY 4 G 28
eC71;"
-55Pvg0ND
END kq m $a
X=Th
AANT ! Start of merit function definition k;AV 'r
AEC `! t+sX- n
ACC yhBf %m
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large 9)Jc'd|
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 Ig *qn# Dd
pP`KI'aUN
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones /1Q
i9uit
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 iTgv8
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 n
qR8uL>
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 2d`:lk%\
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 XKTX~:
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 Ul41R Ny)
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 Gxj3/&]^Y
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 + }u{{
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 G31??L:<
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 :())%Xu3
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 jw^Pt~@
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 z
g '1T2t
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 tk"+PTGJT
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 :Y AxL J
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, lQ nl6j
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. ns{BU->f
END ! End of merit function definition. v@6TC 1M,
SNAP #DL( %=:
SYNO 40 &?-LL{W{
7Z(F-B
+j
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。） s /? & H-
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。 C#y[UM5\k;
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！ PhS`, I^Z
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 D9#?l <D
FLUX 100 P 6 ]lKQ wp X3
+:s]>R eDa
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 d]v 4`nc
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。 |+ ^-b}0
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： !+E|{Zj
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 E>BP b
3M nm2*\
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！ Y[ A`r0
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。 7*7Z&1*3
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE T@n-^B !Xq
09f:%!^u
现在在表面上6做同样的事情。 x<0-'EF/S
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE @aG1PG{
_d8k[HAJ|
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： M NE{mV(
RLE 5aF03+ko
ID KINOFORM BEAM SHAPER Yfk){1
FNAME 'L13L1.RLE ' 0 L3 4)W
MERIT 0.270980E-05 Y4%Bx8
WA1 .6328000 v;E7UL
.w
WT1 1.00000 Fh XR!x^
APS 1 G;n'c7BV
AFOCAL V Qm)32'
UNITS MM %SRU H x[D
OBG 0.35000000 1.0000000 @quNVx(y
0 AIR \ haJe~
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR O IF0X!
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 &CvNNDgrJ
2 N1 1.79881710 BReNhk)S
2 CTE 0.810000E-05 [69[Ct
2 GTB S 'SF6 ' rz]0i@ehv'
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR f`5e0;zm
3 USS 16 :*bmc /c
CWAV 0.632800 |~mi6 lJ6
HIN 1.798800 55.000000 Ni$ WI{e9
RNORM 1.00000 8oSndfV
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 [sC]<2 r
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 W;]*&P[[
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 D6i HkDTg
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 %}+!%A.3
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 |Ire#0Nwx
4 N1 1.79881710 p @@TOS
4 CTE 0.810000E-05 |x| #n
4 GTB S 'SF6 ' IqK??KSC
4 USS 16 "5mdq-h(
CWAV 0.632800 h+k:G9;sS
HIN 1.798800 55.000000 QE&rpF7l{
RNORM 1.00000 iH& I zv
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ^l#Z*0@><~
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 4@PH5z
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 rn
l~i
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 }&d@6m]
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR +'abAST
t
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR R07Kure
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
