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optics1210 2019-01-24 14:01

SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例

DxG8`}+  
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。 4R9y~~+  
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。

q)y<\cEO  
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): KOhIk*AC '  
•    Entering beam radius 17.5 uiaZ@  
•    Chief-ray angle 0.935 degrees /Hyi/D{W  
•    Back focus distance 16.3 )/BbASO$)Z  
•    Cell length 50 A 7zL\U4  
让我们从头开始,而不是尝试改变当前透镜中的材料,所有这些材料的折射率都大于2.0。 为此,我们将使用设计搜索程序。 但首先我们必须做出判断:如果我们只是运行DSEARCH并让它找到模型玻璃,它就不会得到任何在NIR上产生重大影响的玻璃。 (该模型代表了所有玻璃的平均值。)所以我们必须引导它。 1-8 G2e  
打开玻璃库显示(MGT),选择Guangming列表,然后单击图表按钮并选择显示的选项。
4u7^v1/  
数据现在不在屏幕上,因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小,直到看到一组红点。 然后用鼠标右键平移放大。单击“Full Name”按钮。 你应该看到下面的显示。
-~^sSLrbP  
记下圈出的四个玻璃名称:D-FK61,G-ZF52,H-ZH88和H-F51。 那些肯定与其它的玻璃不同。 我们将指示DSEARCH仅使用其中两个,然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。 "Pzh#rYY~W  
这是我们的SEARCH输入:
N"zm  
    CORE 16 PROJ )Vpt.4IBd  
    DSEARCH 3    QUIET    ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM            ! system requirements follow u X+ YH  
    ID NIR EXAMPLE    ! lens identification OBB 0 .935 17.5    ! specify the object > |(L3UA9  
    WAVL 1.97 1.53 1.06    ! and the wavelength range UNITS MM luCwP  
    END T!t9`I0Zz  
otdm r w|  
    GOALS    ! here we set the goals S H6T\}X:  
    ELEMENTS 5    ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 rWip[>^  
    BACK 16 .1 NoT%z$ 1n  
    TOTL 50 .1 |6b&khAM  
    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 H ~lvUHN  
    NPASS 100 I$oqFF|D  
    ANNEAL 200 20 $)VnHr `hy  
    RSTART 300    ! a useful starting radius, >4nQ&b.u  
    TSTART 1    ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 Eb9n6Fg  
    FOV 0 .5 1 $[+)N ~  
    FWT 2 1 1 T}Ve:S  
    GLASS POS    ! positive elements will use this glass type G D-FK61 75H;6(7  
    GLASS NEG    ! and negative this type. G H-ZF88 ,(z"s8N  
    END f^G-ba  
#?7g_  
    SPECIAL    ! here we give requirements that are not defaults 1i;#cIG  
    ACM 3 .1 1    ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA    ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, `':G92}#  
    ASC    ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END    ! get too close to the hemisphere point. #:tC^7qk  
xi15B5 _Ps  
    GO    ! this starts the process. PROJ
j-7aJj%  
aJ J63aJ  
在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。
axz.[L_elB  
我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。
yhd]s0(!  
查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。
3shd0q<  
    PANT nt*K@  
    VLIST RD ALL VLIST TH ALL END !3 zN [@w,  
    AANT AEC Dao=2JB{  
    ACC    P =JN{j2xY  
    GSR    0.000000    2.000000    4    M    0.000000 Jj~|2Zt  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    0.500000 @oQ"FLF.  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 =!IoL7x  
    M    0.160000E+02    0.100000E+00    A BACK - 9a4ej5  
    M    0.500000E+02    0.100000E+00    A TOTL q5\iQ2f{WV  
    ACM 3 .1 1    ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA    ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, _Oy;:XN  
    ASC    ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END &o'$uLF~Y  
    SNAP/DAMP 1 e;9x%kNs!  
    SYNOPSYS    100
1Hs'YzvY  
"&@{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。 j5rMY=|F  
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)
'CCAuN>J  
    CORE 16 T%w5%{dqJ  
    GSEARCH 3 QUIET LOG SURF ?b\oM v5y  
    1 3 5 7 9 )Kq@ m1>@  
    END k\\e`=  
-!IeP]n#P  
    OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES Dw<bLSaW&  
    G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 z[0tM&pv  
$0Un'"`S  
    END USE 2 GO
FA{(gib@9  
;Swy5z0=ro  
透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差
ba^/Ar(B  
看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 Zm6|aHx8v  
任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表:
C@u}tH )  
    SYNOPSYS>SPE NYc;Zwv9  
!1Nh`FN  
    ID NIR EXAMPLE 'u6n,yRm  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110    22 EF'8-*  
    LENS SPECIFICATIONS: vK$wc~  
L9d|7.b  
    SYSTEM SPECIFICATIONS A+(+Pf U  
=ba1::18  
    OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    49.9800 T9uOOI  
    OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    15.9992 P2)/!+`a  
    MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    17.5000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    15.9992 g nw">H  
    MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    50.0025 0/uy'JvWru  
    CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    1.4280 YI2x*t!  
    CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.9350    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.8157 #szIYyk  
    ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    17.5000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    24.7688 8L5O5F'  
    ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -54.7406 ?%$~Bb _  
0{-?Wy  
    WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000  2.'hr/.  
    WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000 8y;gs1d;A  
    COLOR ORDER    2    1    3 HQMug  
    UNITS    MM S_38U  
    APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    17.53054 3 6t^iV*3  
    FOCAL MODE    ON * bUOd'vh  
    MAGNIFICATION    -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA p5l|qs  
,h<x Y>  
    SURF    RADIUS    THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER ,s/laZ)V  
gZ8JfA_\R(  
    0    INFINITE    INFINITE    AIR 1p=bpJC  
    1    83.04964    4.55863    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN yw{r:fy  
    2    -90.13577    1.76097    AIR 1'|gxYT  
    3    -61.20988    2.89016    H-ZF88    1.87811    26.89 GUANGMIN ()5X<=i  
    4    -136.80545    1.00000    AIR U65oh8x  
    5    26.01458    5.71573    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN wQa,o l_p  
    6    83.59388    25.92496    AIR rU|?3x  
    7    24.21580    2.91205    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN L nyow}  
    8    117.43058    2.36412    AIR 9+ |W;  
    9    -24.23661    2.87587    H-F51    1.60755    25.46 GUANGMIN tJA"BP3f  
    10    -40.27187S    15.99923S    AIR @76I8r5l  
    IMG    INFINITE t*`Sme]"B  
w:x[ kA  
    KEY TO SYMBOLS syCT)}T6z  
fNBI!=  
    A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE 4'Y a-x x  
    G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES <k {_YRB  
    O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP g!OcWy)7  
    S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA [3x},KM  
    T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP $F NH:r<  
    THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>
E&f/*V^  
r_kaS als  
如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 `U&'71B^  
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! N#XC%66qy!  
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。

asdoptics 2019-03-03 22:03
优秀文章,支持!
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