SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
IauLT;! X
-sKtT 9o
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）。 JN+7o h]u
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。 0Atha>w^o~
这是我们初始的输入文件： tJ K58m$
RLE ! Beginning of lens input file. 。 {\0V$#q
ID KINOFORM BEAM SHAPER ud5}jyJ
WA1 .6328 ! Single wavelength `G\Gk|4; 2
UNI MM ! Lens is in millimeters -"JmQ Fha
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. MJ?t{=
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . U!r8}@
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog p{LbTjdNc
SF6 P4_B.5rrJ
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element l+P! I{n
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) .-M5.1mo\(
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt CE96e y
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. i5 6Rd b
RNORM 1 $ MH;v_ 'a
iD|~$<9o
4 TH 2 GTB S qna!j|90Lp
SF6 kOD=H-vSi
4 USS 16 dLb$3!3
CWAV .6328 p :y\{ k"
HIN 1.7988 55 Qw2-Vv4!"
RNORM 1 t :YZua
! The first side of the second element is also a DOE K=0xR*ll5
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface EG`AkWy
7 ! Surfaces 6 and 7 exist "J+L]IC?AD
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. 9AhA"+ ?
END ! End of lens input file. 77[TqRLf
7afG4
(<k
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： 7,p.M) t)
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： )2Sh oFF
PANT ! Start of variable parameter definitions. 7<e}5nA/
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY -+1O*L!
2 RAD 0~RD@>]
VLIST TH 3 ! Vary the airspace E7\K{]
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, 1] =X
VY 3 G 27 ! Y**4, dL% *;
VY 3 G 28 ! and Y**6 eo4z!@pRN
CqC
)H7A
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 B <r0y
VY 4 G 27 ef '?O
VY 4 G 28 NO[A00m|OL
Rh~b,"
END 'a+^= c
&2XH.$Q
AANT ! Start of merit function definition W[Q<# Ju
AEC ;-~E !_$
ACC PVlC j
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large ` WL3aI":
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 lG'D/#
,hI$nF0 }p
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones _h ^.`Tz,
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 -~8PI2
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 1T|")D
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 "*< vE7
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 CU H u=
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 w%qnH e9
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 RN)XIf$@_
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 lmHQ"z 3G
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 H}~K51
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 80lhhqRC
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 aQL0S j:,
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 `mte U"{bx
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 fK=0 ?]s}I
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 ,i}EGW,9q
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, <bhGpLh-E
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. Q ]TZyk
END ! End of merit function definition. ;30 3fS
SNAP .^9khK J;
SYNO 40 - JEPh!oTt
dp q(=s`s
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。） } [z7V
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。
N#9N ^#1
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！ eC<RM Q4
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 S>T ;`,
FLUX 100 P 6 AFL'Ox]0
+%9Re5R
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 Ln&~t(7
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。 =dNE1rdzNa
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： vd#)+
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 Rq+7&%dy
DjK7_'7(L
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！ Sw E7U~
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。 .yfp-n4H
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE Brs6RkRf
(kO (R#M
现在在表面上6做同样的事情。
YC 6guy>
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE x#S E%j?
&@@PJ!&
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： 6BA$v-VVU
RLE =gSc{ i|
ID KINOFORM BEAM SHAPER i ? pd|J
FNAME 'L13L1.RLE ' x[TLlV:{
MERIT 0.270980E-05 8 vq-|p
WA1 .6328000 _Cz98VqRk
WT1 1.00000 ~
e?af
APS 1 Y5C kC F
AFOCAL rZ(#t{]=!
UNITS MM q)?!]|pZ
OBG 0.35000000 1.0000000 (|AZO!
0 AIR 1qAE)8ie
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR IfB .2e`
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 u =L Dfn
2 N1 1.79881710 .9ZK@xM&?
2 CTE 0.810000E-05 8 0nu^ _
2 GTB S 'SF6 ' +`"Tn`O
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR b7^q(}qE
3 USS 16 g "'BsoJ
CWAV 0.632800 2jhJXM=~
HIN 1.798800 55.000000 dr"$@
RNORM 1.00000 |;|r[aU
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 TtrO _D
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 'C7R*
P
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 MkG Q
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 w3
vZ}1|
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 cX1?4e8
4 N1 1.79881710 r$4d4xtK
4 CTE 0.810000E-05 5V (#nz
4 GTB S 'SF6 ' 7P2(q
4 USS 16 F|+B8&-v
CWAV 0.632800 RgH 6l2
HIN 1.798800 55.000000 o` QH8
RNORM 1.00000 aJ=)5%$6kc
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 (p#c p
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 KAE %Wwjr
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 .,'4&} N}
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 M9fQ,<c<6
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR 6v scu2
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ?1r;6
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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