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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;{" uG>#R
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）。 22D,,nC0+=
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。 5pq9x4&
这是我们初始的输入文件： ;Y$d !an0
RLE ! Beginning of lens input file. 。 }ct*<zj[~u
ID KINOFORM BEAM SHAPER ^NO;A=9b[
WA1 .6328 ! Single wavelength :LD+B1$y
UNI MM ! Lens is in millimeters w6[$vib'
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. R)9FXz$).
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . K(}<L-cv
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog ypY7uYO^"
SF6 Xgo`XsA
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element ~h444 Hp=
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) *
V ymb
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt jq+:&8!8(e
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. {A LOs^ _-
RNORM 1 |bjLmGb
)h;zH,DA[3
4 TH 2 GTB S W u693<
SF6 xf8.PqVNo
4 USS 16 \V9);KAOj
CWAV .6328 h>"Z=y
HIN 1.7988 55 Y\{lQMCy
RNORM 1 ~;nW +S$o
! The first side of the second element is also a DOE @%#!-wC-5
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface v0 |"[qGb
7 ! Surfaces 6 and 7 exist ]w9syz8X
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. Td![I d
END ! End of lens input file. zuBfkW95+
BsN~Z!kd
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： }/Y)^
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： R]_fe4Y0
PANT ! Start of variable parameter definitions. A* 3R @G*h
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY < nyk:E
2 RAD H3q L&xL
VLIST TH 3 ! Vary the airspace g ?!;04
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, JT 5+d ,
VY 3 G 27 ! Y**4, p2o6 6t
VY 3 G 28 ! and Y**6 JPS<e*5
p:8]jD @}%
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 s&qr2'F+z
VY 4 G 27 ,5Tw5<S
VY 4 G 28 pXHeUBY.
}F
(lffb
END m{sch`bP
4$b9<:M_
AANT ! Start of merit function definition !<MW*7P=
AEC &8 4Izs/[
ACC -X#qW"92q
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large Dv+:d 4|"
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 0B~Q.tyP
=u]FKY
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones 2E }^'o
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 MFLw^10(T
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 XvW
$B|
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 auQfWO[ u
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 + )K yG
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 9
!qVYU42(
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 j<* `?V^
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 p h=[|P )
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 $ ~*d.
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 &:)e
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 #n} n
%
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 )d-{#
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 SvGs?nUU
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 MOW {g\{\
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, ZI#Xh5
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. pvJPMx
END ! End of merit function definition. |qsY0zx
SNAP A'X, zw^}
SYNO 40 6KI< J*Wz`
uP[:P? ,t
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。） Yhd|1,m9f
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。 r#[YBaCZJ
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！ @3b|jJyf
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 +bK.{1
FLUX 100 P 6 }~28UXb23
DY%#E9
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 in6iJ*E@'
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;JZ<vEt92
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： <=,KP)
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 SbW6O_
L&nGjC+Lr
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！ \W6 |un
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。 ZVek`Cc2
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE XP-4=0 zd
9jwo f}OU
现在在表面上6做同样的事情。 +iPS=?S
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE %l U$;c Y
lEC5 8`Ws
下面是生成的系统的RLE文件，如果评估它，可以将其复制并粘贴到编辑器中： {L8 (5
RLE dj76YK
ID KINOFORM BEAM SHAPER gZs8BKO
FNAME 'L13L1.RLE ' 2O 5yS
MERIT 0.270980E-05 k]`3if5>
WA1 .6328000 wFaWLC|&
WT1 1.00000 g3%t+>$*
APS 1 `&U ['_%
AFOCAL s" ?&`S
UNITS MM ? I}T[j
OBG 0.35000000 1.0000000 ?Y~>H 2
0 AIR ^ ffh
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR LHWh-h(s
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 a|\_'#
2 N1 1.79881710 wWflZ"%
2 CTE 0.810000E-05 C6eo n4Ut
2 GTB S 'SF6 ' O ,[aL;v
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR 3;`93TO{
3 USS 16 `#X{ .
CWAV 0.632800 pz ^"~0o5
HIN 1.798800 55.000000 EQ>bwEG
RNORM 1.00000 <_H0Q_/(
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0nz
k?i P
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 .{-8gAh
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 f(?`PD [
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 GKPqBi[rO
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 l(zkMR$b8
4 N1 1.79881710 ^dYLB.'=
4 CTE 0.810000E-05 ASaG }h
4 GTB S 'SF6 ' ap9eQsC
4 USS 16 $(}kau
CWAV 0.632800 );;UNO21+
HIN 1.798800 55.000000 n@g[VR2t
RNORM 1.00000 ^L T9t2
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 A f0E _
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 wR/i+,K
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 AJ:@c7:eS
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 K"b vUH
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR qTyU1RU$9^
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR +.\JYH=yEr
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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