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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7B"aFnK;[J
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）。 #wuE30d
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。 lfd{O7 L0b
这是我们初始的输入文件： y N%Pe:R
RLE ! Beginning of lens input file. 。 aJ;R8(*;\
ID KINOFORM BEAM SHAPER RVy 87_J1
WA1 .6328 ! Single wavelength < _uv!N
UNI MM ! Lens is in millimeters {z
~
'
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. v A~hkkj{
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . <QLj6#d7Y
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog PMZzzZ
SF6 {'aqOlw3<j
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element I@v.Hqg+7
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) Yr0i9Qow
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt 824%]i3
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. 74w a
RNORM 1 H} rP{`m
s7LX
4 TH 2 GTB S o:ob1G[p%
SF6 HXo'^^}q;
4 USS 16 @},k\Is
CWAV .6328 J1MnkxJmpQ
HIN 1.7988 55 zx HfQ(
RNORM 1 C,. {y`s'
! The first side of the second element is also a DOE Mt0|`=64
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface |8ZAE%/d
7 ! Surfaces 6 and 7 exist C.p*mO&N
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. :7*\|2zA
END ! End of lens input file. $yJfAR
gRSG[GMV
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： K?WqAVK
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： oWOZ0]H1
PANT ! Start of variable parameter definitions. N?:S?p9R@
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY =2'^ :4Z
2 RAD 1N*~\rV*?
VLIST TH 3 ! Vary the airspace <{j9|mt
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, f}3 bYF
VY 3 G 27 ! Y**4, !{\c`Z<#
VY 3 G 28 ! and Y**6 "5bk 8 2."
Hq8.O/Y"=
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 ZrBxEf$f
VY 4 G 27 #k, kpL<a
VY 4 G 28 H& +s& F{%
4 -W?u51"
END ~o$=(EC
cd#TKmh7re
AANT ! Start of merit function definition SNFz#*
AEC ) 'KHUa9
ACC ]T`qPIf;yJ
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large g?wogCs5
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 : =@[FXD4
>[U$n.
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones yE> DQ *
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 cj)~7 WF
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 7)# /I
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 hz|$3*q
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 "G:>}cs%?
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 Qf i5fp=f
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 oY: " nE
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 |@nXl ZE
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 @VAhmY z
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 |v& &%>A2
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 xPv&(XZR
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 ),e iJblH
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 Fk:(% ci
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 B~IOM
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, fA^ O
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. {3>^nMv@e
END ! End of merit function definition. }sZ]S E
SNAP EUgs2Fsb3
SYNO 40 KN=Orx7Gy
-rfO"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。） ~ +Y;jA dU
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。 (;h\)B!o
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！ ,MJZ*"V/3
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 f &|SGD*
FLUX 100 P 6 X}Lp!.i9o
w_ m
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 L Y MfoXp
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。 .:0 nK
bW
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： 01$SvL n:
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ]_ h"2|
Vz^:| qON
程序现在控制表面4上的频率。我们重新优化，现在表面5略微凸起，4上的空间频率正好在50 c / mm。 光通量均匀性与以前一样好。 任务完成！ mon(A|$|j
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。 <fxYTd<#D[
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE Y!H"LI
@`{UiTN X`
现在在表面上6做同样的事情。 mP-+];gg
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE x]:mc%4-Z
c-,/ qn/
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： L2N/DB'{
RLE .Qaqkb-Ty
ID KINOFORM BEAM SHAPER *\>7@r[%5
FNAME 'L13L1.RLE ' & 3gni4@@
MERIT 0.270980E-05 Qk6F K]buV
WA1 .6328000 #q-t!C%E
WT1 1.00000 ~b +> o
APS 1 `CV a`%
AFOCAL h*Ej}_
UNITS MM i^8Zp;O"f
OBG 0.35000000 1.0000000 q+z,{K
0 AIR ~7*H Z:.
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR /{lls2ycW%
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 k3Y>QN|q8
2 N1 1.79881710 sU>*S$ X8
2 CTE 0.810000E-05 yF*JzE 7,
2 GTB S 'SF6 ' tY7u\Y;^
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR CyE.q^Wm
3 USS 16 .{6T X "M
CWAV 0.632800 nQ mkDPjU
HIN 1.798800 55.000000 2/GH5b (
RNORM 1.00000 /];F4A O5
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 `jJb) z3D
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 nX
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 }MoCUN)I
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 te1 lUQ
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 pDu~84!])
4 N1 1.79881710 j*P@]&e7d
4 CTE 0.810000E-05 3vy5JTCz~
4 GTB S 'SF6 ' 9Y7 tI3
4 USS 16 h7g9:1 0
CWAV 0.632800 <#c2Hg%jh
HIN 1.798800 55.000000 RvVnVcn^#
RNORM 1.00000 !a0HF p$9
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ioZ2J"s
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 -wY6da*.W
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 '0[l'Dt'
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 __zsrIUJ
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR j@9A!5<CCk
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR <{'':/tXI
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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