SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
L+C y Qq
<o+< H
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）。 QF&W` c
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。 D b6om7N
这是我们初始的输入文件： f-5:wM&
RLE ! Beginning of lens input file. 。 b^p"|L
ID KINOFORM BEAM SHAPER [ o.B
WA1 .6328 ! Single wavelength x-?{ E
UNI MM ! Lens is in millimeters I =1 +h
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. l'\p k<V
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . |i ZfYi&^
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog aBNZdX]vzO
SF6 `&-Mi[1
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element 5! EJxP9
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) s%2v3eb
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt WHlYo5?
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. v{ 9t]s>B
RNORM 1 V^\8BVw
A?`jnRo=\
4 TH 2 GTB S M?[h0{^K
SF6 '
4E R00
4 USS 16 z k O<-w
CWAV .6328 VMCLHpSfW
HIN 1.7988 55 2 ho>eRX
RNORM 1 A0fFv+RN3
! The first side of the second element is also a DOE jiYmb8Q4D
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface ak:ibV
7 ! Surfaces 6 and 7 exist 9Ffp2NW`;
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. ;\[(- )f!=
END ! End of lens input file. 5ux`U{`m
>5j<4 ShW
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： v*9<c{ a
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： K X}Rr 7a
PANT ! Start of variable parameter definitions. ^k
Cn*&
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY wN2QK6Oc
2 RAD VwEb7v,^0\
VLIST TH 3 ! Vary the airspace M4d47<'*~
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, fPrLM'
VY 3 G 27 ! Y**4, =&},;VOh
VY 3 G 28 ! and Y**6 F * .g;So
<ERB.d!
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 HmZ{L +"
VY 4 G 27 ^mb[j`CCt
VY 4 G 28 b cAvM ;
!xwG% {_
END V~
TWKuR
JkGnKm9G
AANT ! Start of merit function definition !o>H1#2l
AEC >y}M.Mm
ACC D) @YI.T
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large M {$j
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 4&HXkRs:
\T;\XAGr
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones &<+ A((/i
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 #BQ.R,
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 @?[1_g_'P
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 $ -c!W!H
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 t!2(7=P30(
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 Dk='+\
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 IJJ%$%F/
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 [j"9rO" +
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 9m-)Xdoy
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 (70 8H_
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 JMCW} bA
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 Uh'#izm[l
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 (o J9k[(
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 :=9] c17=
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, \V>?Do7
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. zh $}~RG[
END ! End of merit function definition. k6kM'e3V
SNAP .@"q$\
SYNO 40 m{7^EF
)?2e
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。） ](B@5-^
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。 #UtFD^h
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！ zF Q&5@43
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 CdUAy|!`R
FLUX 100 P 6 ?go:e#
h b/]8mR
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 f""`cdqAOh
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。 zyg:nKQW
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： A!vCb
8(TX
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 {T'GQz+R"
m'-|{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！ F3oQ^;xB
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。 !m(4F(!"h
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE o&hIHfZri
^VT1vu
%03
现在在表面上6做同样的事情。 SI_i I 71
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE n}mR~YqD
< p TTo
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： Eh | .
RLE L'i-fM[#
ID KINOFORM BEAM SHAPER J4=_ w
FNAME 'L13L1.RLE ' iU+nqY'
MERIT 0.270980E-05 L&-hXGx=7
WA1 .6328000 ?4CN kk=v
WT1 1.00000 WS2os B c
APS 1 7B3w\
AFOCAL =N);v\ Q$!
UNITS MM `d 2,*KR
OBG 0.35000000 1.0000000 |KY EK|
0 AIR Zs2 -u^3&
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR i{^Z1;Yl
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 +fKtG]$
2 N1 1.79881710 >%Ee #m
2 CTE 0.810000E-05 QFPfIb/
2 GTB S 'SF6 ' i77GE
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR `N /RHb%
3 USS 16 % p?b rc
CWAV 0.632800 @^ ik[9^H
HIN 1.798800 55.000000 I1 U7.CT
RNORM 1.00000 i v(5&'[p
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 wzjU,Mw e
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ":Edu,6O
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 Oq(VvS/
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Wk4.%tpeO7
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 ?R Fg$Z'^
4 N1 1.79881710 d h^^G^
4 CTE 0.810000E-05 >cL{Ya}Rz
4 GTB S 'SF6 ' w' 7R4
4 USS 16 lo&# (L+2
CWAV 0.632800 =wi*Nd7L
HIN 1.798800 55.000000 E{ Pgf8
RNORM 1.00000 S06Hs~>Y
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 L3(^{W]|
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Cup @TET35
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 mV9A {h
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Wx)K* 9
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR PWgDFL?
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR h7_)%U<J2
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
