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 SNCBn '
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）。 NA0nF8ek
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。 GTR*3,rw
这是我们初始的输入文件： 8{ZTHY -
RLE ! Beginning of lens input file. 。 86{>X5 +
ID KINOFORM BEAM SHAPER gxl7j Y
WA1 .6328 ! Single wavelength k ;^$Pd?t
UNI MM ! Lens is in millimeters 'W(u.
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. h r];!.Fv
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . ^.6yzlY
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog M G$+Blw>
SF6 'V?FeWp
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element j,.M!q]
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) K) }1;
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt F-s{#V1=
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. dy_Uh)$$|g
RNORM 1 'J OCL0FP
Z{ B
e
4 TH 2 GTB S w x]?D %l
SF6 E4% -*n
4 USS 16 D\THe-Vtr
CWAV .6328 `^[k8Z(
HIN 1.7988 55 d3 c.lD)L9
RNORM 1 Rt?CE jy
! The first side of the second element is also a DOE t)&U'^
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface a>OYJe
7 ! Surfaces 6 and 7 exist )7
Mss/2T
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. vQ}ZfP
END ! End of lens input file. @*eY~
B/;> v
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： [_JdV(]$
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： 3/+kjY/
PANT ! Start of variable parameter definitions. bh@Ct nO
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY Yk|6?e{+)
2 RAD i9L]h69r
VLIST TH 3 ! Vary the airspace Nud =K'P=
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, c0zcR)=mL
VY 3 G 27 ! Y**4, T#qf&Q Z
VY 3 G 28 ! and Y**6 He=C\"
5.\p]>|G1
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 U,W MP<5&
VY 4 G 27 HF*0
VY 4 G 28 NfClR HpVc
tM]Gu?6
END ,cNe-KJk
rp4D_80q
AANT ! Start of merit function definition ?xqS#^Z
AEC ``CM7|)>`
ACC d` ttWWPw
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large I$.l FQ%(
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 &9flNoNR9
R5ra*!|L)
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones nod&^%O"
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 :f[ w
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 F\r"Y)|b=
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 /O:4u_
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 {
YQS fk
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 B2kZ_4r B
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 ~
L4NK#
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 :4zu.
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 6]iU-k0b
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 /''=V.-N
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 ^0 v3NG6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 @.7/lRr@bp
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 _G'ki.[S7
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 QwX81*n x
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, jVnTpa!A
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. o6A$)m5V
END ! End of merit function definition. `+n0a@BVB
SNAP b3%x&H<j
SYNO 40 /C8 }5)
9;LjM ~Ct
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。） j;.P
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。 _S{TjGZ&
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！ n,F yK`x
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 <<LLEdB
FLUX 100 P 6 ML >M:Ik+
; J|t-$Z
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 48 wt
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。 z@VL?A(3
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： $ \ZWQct
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 #8h7C8]&
D\5+2 G
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！ )f$4: Pq
我们做得怎么样？ 在光束重构之前，运行DPROP命令，检查曲面3处的轮廓。 这显示了该点处光束的高斯分布。 Y#c439 &
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE `T*Y1@FV
[RKk-8I
现在在表面上6做同样的事情。 = vqJ0 !
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE .T7 CMkYt
hk=[ v7
下面是生成的系统的RLE文件，如果评估它，可以将其复制并粘贴到编辑器中： C"kfxpCi
RLE )K?7(H/j
ID KINOFORM BEAM SHAPER G4c@v1#%.
FNAME 'L13L1.RLE ' X `_tm3HC
MERIT 0.270980E-05 zI[<uvxzW`
WA1 .6328000 [KR%8[e
WT1 1.00000 BR|0uJ.M
APS 1 JL4E `
AFOCAL b z>\n"'
UNITS MM U3_ O}X+
OBG 0.35000000 1.0000000 eikZ~!@
0 AIR xY]q[a?cy
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR >bWpj8Kv
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 K9ia|2f
2 N1 1.79881710 ,oH\rrglf
2 CTE 0.810000E-05 2 &*# k
2 GTB S 'SF6 ' T/ ECW
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR Z e> R@rK
3 USS 16 LT$t%V0?.e
CWAV 0.632800 :=*G7ZyW$
HIN 1.798800 55.000000 Zq &'a_
RNORM 1.00000 l F64g
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 DX! dU'tj
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ,EHLW4v
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 Jf4`
2KN\
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Y `8)`
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 *bo| F%NAz
4 N1 1.79881710 7yu-x nt3s
4 CTE 0.810000E-05 (<_kq;XtN0
4 GTB S 'SF6 ' !2Ompcr1
4 USS 16 &-FG}|*4M
CWAV 0.632800 >"IG\//I
HIN 1.798800 55.000000 %J-:%i
RNORM 1.00000 BPv+gx(>k
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 <_8b AO8\
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 mf g>69,w
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 41=H&G&
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 &I=o1F2B)
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR dH5*%
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR F&uiI;+ zJ
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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