SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
?w6zq| 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。 !R*%F 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。 , ,1H#;j 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): ,4W|e! • Entering beam radius 17.5 7 j$ |fS • Chief-ray angle 0.935 degrees <Y~?G:v6+ • Back focus distance 16.3 N!Dc\d=8q] • Cell length 50 bl@0+NiM 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。 /N6sH!w 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。 EWuuNf 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。 H.`>t 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。 uim4,Zm{ 这是我们的SEARCH输入: ^.bYLF CORE 16 PROJ s`"o-w\$> DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow C"l_78 ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object k8fvg4 WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM Q`mw2$zv END !u~h.DrvZ 8tq6.%\ GOALS ! here we set the goals ;%"YA ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 YT!QY@qw BACK 16 .1 =f'MiU!p6 TOTL 50 .1 me]O 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 iC-WQkQY NPASS 100 $nN`K*% ANNEAL 200 20 KV1zx(WI RSTART 300 ! a useful starting radius, ]D|sQPi]F TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 1(!w xJ FOV 0 .5 1 +g36,!q FWT 2 1 1 qh}M!p2 GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 |lH~nU.* GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 b;$ -s
\% END ECHl9;
+ K"'W4bO#7 SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults {
?p55o 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, Z9-HQ5> ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. zTi%j$o e*5TZ7. GO ! this starts the process. PROJ }'HJV B_ Oi{X \Y 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。 jxA`RSY 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。 uv*OiB" 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。 zt/p'khP3 PANT (lv|-Phc. VLIST RD ALL VLIST TH ALL END ?DP]#9 /4 AANT AEC #fg RF ACC P ow :}NI GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 \ZdV|23 GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 6itp
Mck GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 S0. M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK )@DT^#zR M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL $Yfm>4 ACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, y- S]\tu ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END /BC(O[P SNAP/DAMP 1 [
bv>(a_, SYNOPSYS 100 ,aI 6P- J;+AG^U< 保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 77/&M^0 现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据) 1g`$[wp| CORE 16 b~\gV_Z GSEARCH 3 QUIET LOG SURF rg
U$&O 1 3 5 7 9 ?_9cFo59: END 7aTo!T 5A]IiX4Z OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES #W<D~C[I _ G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 Alh"G6 ;w1?EdaO END USE 2 GO x9r5 ;5TI k,0RpE 透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差 fd >t9. 看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 @DK,ka( 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: >O[# 661 SYNOPSYS>SPE <Q)6N!Tp^ kQlXcR ID NIR EXAMPLE k)\Yl`4au ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 }x% ;y]S LENS SPECIFICATIONS: P\bW k p0 *,1^{mb SYSTEM SPECIFICATIONS ]D&$k P( Qz&I~7aoyV OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 A
S;ra,x OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 mj :8ZZ MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 KfJF9!U*? MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 $5nOi aQL CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 K V^` CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 G`E%uyjG$j ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 3$+|nP:U ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 ^!H8"CdC3 6
)eO%M` WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 _5#f9,m1 WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 l'-dB COLOR ORDER 2 1 3 EOhUr=5~ UNITS MM o PRvd_~ APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 0}$",M!p FOCAL MODE ON /Kb7#uq MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA
04NI.Jv YhFB*D; SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER VR5$[-E3 R^P~iAO 0 INFINITE INFINITE AIR <jU[&~p 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN m *8[I 2 -90.13577 1.76097 AIR 1R9hA7y&,/ 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN e#IED!U 4 -136.80545 1.00000 AIR /HH5Mn* 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN s&Y~48{ 6 83.59388 25.92496 AIR +#O?a`f 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN cX"[#Em# 8 117.43058 2.36412 AIR YcE:KRy 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN Hx2.2A^ 10 -40.27187S 15.99923S AIR [(}f3W & IMG INFINITE '#[U7(lIQ PH97O`" KEY TO SYMBOLS @m! ~![ ga^O]yK A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE [qlq& ?" G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES 6N\~0d>5m O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP <||F$t S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA {'G@- +K T ITEM IS TARGET OF A PICKUP / 78gXHv THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> .z7XYmv RvV4SlZz 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 =K{$?%"
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! y.5mYQA4=[ 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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