SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
~J8cS 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。 @"q~AY 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。 I>N-95 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): Iu=pk@*O • Entering beam radius 17.5 3&.TU5]`- • Chief-ray angle 0.935 degrees qg_>`Bv"a • Back focus distance 16.3 uf{SxEa • Cell length 50 Ig40#pA 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。 Y}V)4j 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。 UMHuIA:%U 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。 }0k"SwX 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。 H;7O\ 这是我们的SEARCH输入: "2y7l CORE 16 PROJ Mft0Dj/ DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow ')C_An>X6 ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object >m)2ox_B WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM [8V(N2
END b?+Yo>yF8 R7\{w(`K GOALS ! here we set the goals zJB+C=]D7H ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 :Olj BACK 16 .1 % xH>0 TOTL 50 .1 )w}*PL 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 Apw-7*/ NPASS 100 =y,yQO ANNEAL 200 20 4wM$5 RSTART 300 ! a useful starting radius, h=p-0 Mx . TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 dpc=yXg>"c FOV 0 .5 1 ^>P@5gcoE( FWT 2 1 1 ByB0>G''. GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 ,b2O^tJF# GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 O"2wV +9 END N#2nH1C % @^VrhS SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults tZJ
9}\r 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, ~'PS| ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. @BB,i / 0X S' v,| GO ! this starts the process. PROJ #nMP(ShK *y[~kWI 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。 =8VJ.{xy_e 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。 ^<5^9]x 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。 FZ}C;yUPD PANT c'wU O3S VLIST RD ALL VLIST TH ALL END sDh6 Uk AANT AEC x""Mxn]gD ACC P G`3vH, GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000
=t>`<T|( GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 .J7-4 GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 i,U-H\p& M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK SqT"/e]b' M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL 'Rar>oU 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, EC\rh](d
1 ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END X\^3,k." SNAP/DAMP 1 e[py J. SYNOPSYS 100 \`<s@U 802]M 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。 *FG4!~<e 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) 9iN!hy[ CORE 16 4HYH\ey GSEARCH 3 QUIET LOG SURF Y9(i}uTi 1 3 5 7 9 1J!tcj1( END [wpt[zG C Ol%P OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES zqE8PbU0M; G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 =4%WOI /[)P^L` END USE 2 GO s-YV_ N[?4yV2s 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 g275{2G9 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。 daokiU+l2 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: D3Ea2}8 SYNOPSYS>SPE iz|9a|k6x oR%E_g?mI~ ID NIR EXAMPLE d ;Gm {g# ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 66y ,{t LENS SPECIFICATIONS: _ER
cmP ]a@v)aa- SYSTEM SPECIFICATIONS $@
#G+QQ_ #$
raUNr OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 B2+_F"<; OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 "9Fv!*<-W MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 ~'YSVx& ) MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 W9V=hQ2 CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 !*QA;*e CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 98%a)s)(a ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 ^O\1v ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 l9Cy30O6 0i1?S6]d- WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 p`V9+CA WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 iF2IR{h COLOR ORDER 2 1 3 ]KII?{<k UNITS MM :$@zX]?M APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 :~YyHX FOCAL MODE ON K
{N;k- MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA LSOwa jC }u>AB SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER Y&:\s8C U";Rp&\3; 0 INFINITE INFINITE AIR PYRwcJ$b\d 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN hD~/6bx 2 -90.13577 1.76097 AIR bsS|!KT 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN !c;p4B) 4 -136.80545 1.00000 AIR
R5YtCw]i= 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN P_}_D{G 6 83.59388 25.92496 AIR \$++.%0 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN 78}%{7YY 8 117.43058 2.36412 AIR SodW5v a 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN ,kuFTWB 10 -40.27187S 15.99923S AIR (IWd?,H,n IMG INFINITE 91'^--N >L3p qK
KEY TO SYMBOLS M)It(K8R ~1z8G>R A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE +hYmL
Sq G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES "PM:&v O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP J-,X0v"
S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA A=>6$L];' T ITEM IS TARGET OF A PICKUP ]?5@ObG THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> }LVE^6zyk |6G5
?| 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 l%V}'6T 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! o`]FH_ 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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