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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

~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"Sw X  
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:
"2y7&#l   
    CORE 16 PROJ Mft0D j/  
    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  
COl%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:
D3 Ea2}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。

asdoptics 2019-03-03 22:03
优秀文章,支持!
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