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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Z&,}Fgl!F
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）。 Ks(U]G"V
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。 5b p"dIe
这是我们初始的输入文件： b`zf&Mn
RLE ! Beginning of lens input file. 。 Y=Qf!Cq]
ID KINOFORM BEAM SHAPER vuBA&j0C
WA1 .6328 ! Single wavelength `@7tWX0
UNI MM ! Lens is in millimeters gN~y6c:N
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. R:N-y."La.
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . CN(4;-so)
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog U mX[=D|
SF6 avu,o
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element 3:1
c_
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) 4sjr\9IDC
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt
}8 _9V|E
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. A#&qoZ(C
RNORM 1 C&kl*nO
(14kR
4 TH 2 GTB S N1~$ +
SF6 nX%'o`f
4 USS 16 tL{~O=
CWAV .6328 <9a_wGs
HIN 1.7988 55 \[1CDz=}1
RNORM 1 RI 3{>|*
! The first side of the second element is also a DOE +Q31K7G r
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface %+ a@|Z
7 ! Surfaces 6 and 7 exist a <TL&
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. f*{;\n (.t
END ! End of lens input file. a] =\h'S
Ag0_ ^
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： &> .1%x@R
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： @n* D>g
PANT ! Start of variable parameter definitions. 3Lki7QW`
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY wS*CcIwj
2 RAD ?3,t G z)
VLIST TH 3 ! Vary the airspace O&iYGREO
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, ^jjJM| a
VY 3 G 27 ! Y**4, D*'M ^k|1
VY 3 G 28 ! and Y**6 eZ5}O0sfp
S oU'r]k1x
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 Gj8 [ *3d
VY 4 G 27 g{)H"
8 L
VY 4 G 28 Z !25xqNCd
Fi% W\Y'
END *jw$d8q2
DPQGh`J
AANT ! Start of merit function definition Bye@5D
AEC 8t: &#h
ACC 3(})uV
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large ' oZn<c`
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 vLFaZ^(
S{i@=:
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones y<%.wM]-J
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 |z.GSI_!)
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 vs)I pV(
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 0$ 9;p zr
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 qL5#.bR
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 fw v
T2G4
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 *R\/#Y|
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 C1B3 VG
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 gq_7_Y/
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 8<wuH#2<y
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 d3=6MX[c
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 #C;zS9(]B
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 p/WH#4Xdr
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 LF)a"S h
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, @W\4UX3dK
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. + }XL>=-5
END ! End of merit function definition. Ms'TC; &PS
SNAP P[I*%
SYNO 40 ?I2k6 %a
#w ,WwL!
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。） #"p1Qea$
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。 [z TYiNa
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！ 7hF,gl5
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 W^d4 /]
FLUX 100 P 6 MpIw ^a3(r
(\mulj
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 |IX` (
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。 ^0x.'G?
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： jQxPOl$-
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 4&oXy,8LC
j*H;a ? Y
程序现在控制表面4上的频率。我们重新优化，现在表面5略微凸起，4上的空间频率正好在50 c / mm。 光通量均匀性与以前一样好。 任务完成！ mzV"G>,o
我们做得怎么样？ 在光束重构之前，运行DPROP命令，检查曲面3处的轮廓。 这显示了该点处光束的高斯分布。 9 yW ~79n
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE A |taP$ %
y@k cXlY
现在在表面上6做同样的事情。 S GBVR ^
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE [ }p
Ck3QrfM
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： 3KZ
y
H
RLE 0/SC
ID KINOFORM BEAM SHAPER E)80S.V
FNAME 'L13L1.RLE ' 8yE%X!E
MERIT 0.270980E-05 R?bn,T>
WA1 .6328000 KcmDF4C2
WT1 1.00000 4C,kA+P
APS 1 _ z<Y#mik
AFOCAL ^x_ >r6
UNITS MM @[5_C ?2
OBG 0.35000000 1.0000000 j(Fa=pi
0 AIR N
/sEec
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR D%;wVnU w
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 RP~vB#}
2 N1 1.79881710 oN[F z a>
2 CTE 0.810000E-05 - -
i&"
2 GTB S 'SF6 ' 'NT#(m%
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR 7wi K.99
3 USS 16 %= "~\1y
CWAV 0.632800 JNxW6 cK
HIN 1.798800 55.000000 P1 7> 6)a
RNORM 1.00000 <ELziE~>V
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 :cXIO
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 $ DDSN
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 6K4`;
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 C(F1VS
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 qPXA Nx<^
4 N1 1.79881710 FG>;P]mvp
4 CTE 0.810000E-05 C3
gZ6 m
4 GTB S 'SF6 ' #$rf-E5g-K
4 USS 16 Z7/vrME6
CWAV 0.632800 _&; ZmNNhc
HIN 1.798800 55.000000 YW8K
$W
RNORM 1.00000
8qFUYZtY
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 >vD ['XN ,
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 wUZQB1$F
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 |u^)RB
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 &5kZ{,-eM
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR u;+%Qh
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR /e.FY9
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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