SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
UC8vR> e\
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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）。 +8LM~voB
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。 NqiB8hZ~
这是我们初始的输入文件： n~1 tm
RLE ! Beginning of lens input file. 。 M uDFdbtR
ID KINOFORM BEAM SHAPER ?o2;SY(-
WA1 .6328 ! Single wavelength bn0"M+7)f
UNI MM ! Lens is in millimeters tyc8{t#Z
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. jGO9 n
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . 2x-'>i_|g
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog 6V'wQqJ
SF6 /[\6oa
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element D+|
K%_Qq
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) VKq0 <+M
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt 07.nq;/R
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. ,|e} Y
[
RNORM 1 tP}Xhn`
*0=fT}&!
4 TH 2 GTB S [ MV`pF)x
SF6 J}x>~ ?W
4 USS 16 k-{yu8*';
CWAV .6328 kmZ.U>#
HIN 1.7988 55 l%^h2
o
RNORM 1 7ZS>1
! The first side of the second element is also a DOE |$Y yjYK
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface B1|?RfCe
7 ! Surfaces 6 and 7 exist lr 9=OlH
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. z[WC7hvU
END ! End of lens input file. "sFW ~Y
Oamv9RyDvC
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： whV&qe;sw
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： \BN|?r$a
PANT ! Start of variable parameter definitions. 2~vo+ng
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY 1Z\(:ab13
2 RAD %l Q[dXp
VLIST TH 3 ! Vary the airspace fp9rO}##
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, =YWT|%^uX
VY 3 G 27 ! Y**4, =hJfL}&O3
VY 3 G 28 ! and Y**6 l<u{6o
y:qx5M i
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 3Z_t%J5QZ$
VY 4 G 27 j%#?m 2J}
VY 4 G 28 ?lF mXZy`
ksTzXG8
END 2K3M Ad{
+T-@5 v[
AANT ! Start of merit function definition ZH\0=l)
AEC IbF 4k .J
ACC 6hp{,8|D"m
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large | @uq()
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 "]v
uD
iwvt%7
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones #]@9qPyn
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 Sb p
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 Kl2}o |b
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 ])eOa%
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 F|,6N/;!W
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 ^ )|&|
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 ?2/ uSG|
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 p=2 zS.
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 I=U+GY:
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 w2k<)3 g~
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 Ah*wQow
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 FQ U\0<5
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 " <qEXX
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 UIQQ \,3
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, itw{; j
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. F{;;
:
END ! End of merit function definition. J`W-]3S#
SNAP e]>/H8
SYNO 40
[ne"
T
FtN}]@F
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。） d`85P+Qen|
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。 `{DG;J03[
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！ l"kx r96
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 AfN&n= d K
FLUX 100 P 6 p+ RAtR f
N ,+(>?yE
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 vmvFBzLR
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。 3&$Nd
10微米/周期，这是可以制作的，但不容易被加工。 我们可以减少到50 c / mm吗？ 我们将变量5 RAD添加到变量列表中，并为AANT文件添加新的像差： \9'!"-i
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 W,DZ ;). %
!Qcir&]C>
程序现在控制表面4上的频率。我们重新优化，现在表面5略微凸起，4上的空间频率正好在50 c / mm。 光通量均匀性与以前一样好。 任务完成！ YwGH G{?e
我们做得怎么样？ 在光束重构之前，运行DPROP命令，检查曲面3处的轮廓。 这显示了该点处光束的高斯分布。 kymn)Ea
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE \2j|=S6
MA$Xv`6I\
现在在表面上6做同样的事情。 Nl
{ 7
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE ,7<DGI_y
j AQU~Ol_
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： vu<#wW*9
RLE t-!m
vx9Z
ID KINOFORM BEAM SHAPER BMpF02Y|4
FNAME 'L13L1.RLE ' )%q tE34`
MERIT 0.270980E-05 U-eI\Lu
WA1 .6328000 %&tb 9_T)d
WT1 1.00000 Z["BgEJ
APS 1
J,(7.+`~#
AFOCAL }a ^|L"
UNITS MM :@/ "abv
OBG 0.35000000 1.0000000 ZjS(a d*.2
0 AIR L%XXf3;c
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR ~p\n&{P0
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 r1;e 0\?`
2 N1 1.79881710 LQqfi
~
2 CTE 0.810000E-05 1A^1@ ^{m'
2 GTB S 'SF6 ' (i]Z|@|)
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR @o &Ytd;i
3 USS 16 ;%Q&hwj
CWAV 0.632800 f?^S bp
HIN 1.798800 55.000000 J(e7{aRJ9
RNORM 1.00000 U(*yL-
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ,# d[ad<
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 *T1~)z}j<
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 P6YQK+
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 yj
zK.dM
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 ^)0 9OV+hF
4 N1 1.79881710 5)`h0T K
4 CTE 0.810000E-05 "r. .
4 GTB S 'SF6 ' 8_a3'o%5
4 USS 16 AF$\WWr B
CWAV 0.632800 c+2sT3).D
HIN 1.798800 55.000000 6,+nRiZ
RNORM 1.00000 A=X-;N#
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 #9:2s$O[x
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 #wjH4DT
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 _mk5^u/u
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 H\#:,s {1
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR :Q7mV%%
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR NR3`M?Hjf
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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