SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
(D:-p:q. 我们将设计一个用于波长1.06到1.97微米范围内的近红外透镜。 }?o4MiLB 设计红外透镜时的挑战是,寻找有用的光学材料且成本适宜。 本课程的任务是重新设计现有透镜,用普通光学玻璃替换一些不需要的材料。 参考案例 1.RLE,ID为MIT 1 TO 2UM LENS。 您可以检查该透镜并检查其性能。 将光扇图的比例设置为0.01 mm。 <HtGp6q 该透镜有三个材料为ZNS的镜片和一个材料为AS2S3的镜片,共有四个镜片。我们希望尽可能避免使用这些材料。 我们需要匹配的一阶属性如下(尺寸以mm为单位):
T%Bz >K • Entering beam radius 17.5 =3ovaP • Chief-ray angle 0.935 degrees HX)]@qL • Back focus distance 16.3 O>'tag • Cell length 50 70'gVCb 让我们从头开始,而不是尝试改变当前透镜中的材料,所有这些材料的折射率都大于2.0。 为此,我们将使用设计搜索程序。 但首先我们必须做出判断:如果我们只是运行DSEARCH并让它找到模型玻璃,它就不会得到任何在NIR上产生重大影响的玻璃。 (该模型代表了所有玻璃的平均值。)所以我们必须引导它。 zf&:@P{ 打开玻璃库显示(MGT),选择Guangming列表,然后单击图表按钮并选择显示的选项。 *?\u5O( 数据现在不在屏幕上,因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小,直到看到一组红点。 然后用鼠标右键平移放大。单击“Full Name”按钮。 你应该看到下面的显示。 mfG m>U 记下圈出的四个玻璃名称:D-FK61,G-ZF52,H-ZH88和H-F51。 那些肯定与其它的玻璃不同。 我们将指示DSEARCH仅使用其中两个,然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。 S*gm[ZLQ 这是我们的SEARCH输入: ]&N>F8.L+ CORE 16 PROJ F2Y!aR DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow 9J?lNq ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object 0'
oXA'L-J WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM _a f $0! END >bd@2au9! 9)t[YE:U3! GOALS ! here we set the goals &Q#*Nnb3 ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 1$+8wDVwad BACK 16 .1 plp-[eKcD TOTL 50 .1 qZ4))X STOP FIRST ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX ! so we put it in front and keep it there I&m' a NPASS 100 )ki
Gk}2 ANNEAL 200 20 /!MVpi'6& RSTART 300 ! a useful starting radius, no W]E}nN TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 T:@7EL FOV 0 .5 1 :Nv7Wt! FWT 2 1 1 hNhEA $X5 GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 PXqG;o*Q*? GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 -Lu&bVt<> END eWNg?*/ H\qZu%F' SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults p_(En4QSH ACM 3 .1 1 ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, (^(l=EN-< ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. Wa7wV
9 d^J)Mhju GO ! this starts the process. PROJ .6T0d
4,1 *c [^/ 在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。 l?
U!rFRq` 我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。 ".%d{z}vz 查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。 :o .+<_& PANT El@*Fo VLIST RD ALL VLIST TH ALL END 7F6B AANT AEC [`oVMR ACC P O$}.b=N9 GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 $XTtD UP@
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 k@un}}0r GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 m./PRV1$x M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK S<-nlBs. M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL 7KX27.~F ACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, dzBP<Xyh ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END BV`\6SM~ SNAP/DAMP 1 A+gS'DZ9C SYNOPSYS 100 :)D7_[i p7@R+F\.}; 保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 Y*PfU+y~ 现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据) x(vQ%JC CORE 16 w3ni@'X8 GSEARCH 3 QUIET LOG SURF KMz!4N 1 3 5 7 9 W.?/p~ END 4k-Ak6s i/%lB OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES (or"5}\6- G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 Pv/v=s>X giX[2`^NG END USE 2 GO N{S) b GPK\nz} 透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差 eF22 ~P 看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 m;]wKd" 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: 4minzrKM\ SYNOPSYS>SPE 8ZVQM7O 0Zi+x#&d ID NIR EXAMPLE T" W<l4i- ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 t+iHsCG)> LENS SPECIFICATIONS: {V2"Pym? @)uV Fw"\ SYSTEM SPECIFICATIONS xNf}f 9l a
@2fJ} OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 7!pKlmQ OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 0^gY4qx[u MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 ur\6~'l4 MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 nYjrEy)Q CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 HDhISPg CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 0DmA3 ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 tLTavE[@ ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 #~|k EGt _(F-(X| WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 (Z(S?`') WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 KU/r"lMNlU COLOR ORDER 2 1 3 8YQuq.(>a UNITS MM B5;%R01A APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 ,UMr_ e{| FOCAL MODE ON <.QaOLD MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA DFK@/.V M`H#Qo5/ SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER w}>%E6UY wW@e#: 0 INFINITE INFINITE AIR UxTLr-db^ 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN |(3y09 2 -90.13577 1.76097 AIR u^tQ2&?O!P 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN /{i~-DVME 4 -136.80545 1.00000 AIR q`'f
/CS 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN F,wB6Cw 6 83.59388 25.92496 AIR `Npa/Q 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN ]- 1(r, 8 117.43058 2.36412 AIR #ODP+>-IjB 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN O8@65URKx 10 -40.27187S 15.99923S AIR 9:USxFM IMG INFINITE DQQ]grU q !z"YpYB KEY TO SYMBOLS $v;WmYTJ )t|:_Z A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE 2`$*HPj+G G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES 3\XNOJH O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP Sv n7.Ivep S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA \34vE@V* T ITEM IS TARGET OF A PICKUP BV~J*e THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> [`\VgKeu ! Ld5Y$ 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 ^Spu/55_ 1.97微米的透射率是多少? 输入FIND TRANS IN COLOR 1.它返回98.18%。 (此处膜层被忽略,因为透镜未处于偏振模式。)结果非常好! k4K.
mlIO 但如果返回值太低怎么办? 我们回到玻璃库并显示1.97微米的吸收 - 并选择具有较短数据条的玻璃。 毕竟,透镜设计完全取决于平衡,这些工具是最好的工具。
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