SYNOPSYS 光学设计软件课程十：近红外透镜案例
D "X`qF6U7
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。 %
r0AhWv
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。 HQ^:5 XH
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）： 5>&C.+A 9
• Entering beam radius 17.5 L% I8no-Q
• Chief-ray angle 0.935 degrees ^Kn:T`vB
• Back focus distance 16.3 bP{uZnOM2P
• Cell length 50 jWh}cM=
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。 lfte
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。 e# KP3Lp
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。 q[%SF=~<k{
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。 ,zh4oX`>
这是我们的SEARCH输入： xN 44>3#
CORE 16 PROJ }Pj;9ivz
DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow MzIn~[\
ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object ]gmkajCzD
WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM A'T: \Wl
END t#=FFQOt
]Yt,|CPe2
GOALS ! here we set the goals Ia-nA|LBxI
ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 J; Veza
BACK 16 .1 Fd >epvR
TOTL 50 .1 k4YW;6<C+
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 n4/Jx*
NPASS 100 I|)U>bV
ANNEAL 200 20 ^q/_D%]C
RSTART 300 ! a useful starting radius, 2E0$R %\
TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 }&LL o
FOV 0 .5 1 2~QN#u|UC3
FWT 2 1 1 +D|E8sz8
GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 N@\`D O
GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 1I W P~G
END $ cYKVhf
?Z"<&tsZ
SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults <xr\1VjA
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, %#@5(_'
ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. Vnnl~|Xx
~A-D>.ZH
GO ! this starts the process. PROJ "%K[kA6
e%JH q
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。 `r*bG=
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。 <6!/B[!O=
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。 EGK7)O'W
PANT zC_@wMWB
VLIST RD ALL VLIST TH ALL END n^%",*8gD*
AANT AEC N6%M+R/Q
ACC P swG!O}29OX
GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 #\gx.2W7
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 gt Rs||
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 ;7N~d TBQ
M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK 0Y9fK? (
M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL I'%ASZ
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, *[b22a4H(
ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END ^_JByB D
SNAP/DAMP 1 3V@!}@y,F6
SYNOPSYS 100 i
E)Fo.H
aX|LEZ;D>
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。 (z IIC"~5
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） )je d@?
CORE 16 ]% I|C++0
GSEARCH 3 QUIET LOG SURF Ys@G0}\3G
1 3 5 7 9 kr>F=|R]
END >m8~Fs0
`6 ?.ihV
OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES BHJS. o*j~
G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51
s?_H<u
z;6,,
END USE 2 GO 70yM]C^
c^`(5}39v
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 Yo[Pu< zR
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$B)_WW
任务完成！ 这是最终透镜的SPEC列表： PR~9*#"v..
SYNOPSYS>SPE 4?.L+wL
Q(h/C!rKe
ID NIR EXAMPLE >IE`, fe
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 C^n TLw;K
LENS SPECIFICATIONS: \wx Lt}T-Q
e sK0H<]
SYSTEM SPECIFICATIONS }+i ~JK
pX]"^f1?O
OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 ;B6m;[M+
OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 ?qR11A};tG
MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 2*}qQ0J
MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 DI7g- h8`
CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 d^Zr I\AJ
CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 G~KYFNHr
ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 nbdjk1E`~
ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 l|5;&(Y+s
io Jr2wq6
WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 zE1=*zO`
WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 gkL{]*9&%
COLOR ORDER 2 1 3 W^N|+$g>H
UNITS MM ^=7XA894
APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 c`xgz#]v
FOCAL MODE ON a474[?
MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA 4 $_:a?9
\2VYDBi?|
SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER Ff {dOV.i
z 3N'Xk
0 INFINITE INFINITE AIR QB L| n+
1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN $W0O
2 -90.13577 1.76097 AIR c @/K}
3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN SRek:S,
4 -136.80545 1.00000 AIR ]Ofs, U^
5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN vmI t !x
6 83.59388 25.92496 AIR =uD^#AX
7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN .l +yK-BZ
8 117.43058 2.36412 AIR l{4rKqtX
9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN p@iU9K\,
10 -40.27187S 15.99923S AIR a/dq+
IMG INFINITE l-<EG 9m@
nV3I6
KEY TO SYMBOLS >S'IrnH'!
B`wrr8"Rz
A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE yNOoAnGT W
G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES c[X:vDUX
O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP ,WQg.neOA
S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA ^b^}6L' Z
T ITEM IS TARGET OF A PICKUP eq,`T;
THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> aDZ] {;
@"__2\ 0
如果这些透镜机械方面也是合适，问题就解决了。 (fcJp)D
1.97微米的透射率是多少？ 输入FIND TRANS IN COLOR 1.它返回98.18％。 （此处膜层被忽略，因为透镜未处于偏振模式。）结果非常好！ !"<~n-$B
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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