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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

_g/d/{-{Q  
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。 !{CIP`P1  
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。

r3U7`P   
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): $peL1'Evo  
•    Entering beam radius 17.5 N*|EfI|X  
•    Chief-ray angle 0.935 degrees CHv n8tk  
•    Back focus distance 16.3 NpZ'pBl  
•    Cell length 50 )e P Qxx  
让我们从头开始,而不是尝试改变当前透镜中的材料,所有这些材料的折射率都大于2.0。 为此,我们将使用设计搜索程序。 但首先我们必须做出判断:如果我们只是运行DSEARCH并让它找到模型玻璃,它就不会得到任何在NIR上产生重大影响的玻璃。 (该模型代表了所有玻璃的平均值。)所以我们必须引导它。 %A~. NNbS  
打开玻璃库显示(MGT),选择Guangming列表,然后单击图表按钮并选择显示的选项。
D*~Q;q>  
数据现在不在屏幕上,因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小,直到看到一组红点。 然后用鼠标右键平移放大。单击“Full Name”按钮。 你应该看到下面的显示。
0'r}]Mws  
记下圈出的四个玻璃名称:D-FK61,G-ZF52,H-ZH88和H-F51。 那些肯定与其它的玻璃不同。 我们将指示DSEARCH仅使用其中两个,然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。 A\rY~$Vr  
这是我们的SEARCH输入:
*!y04'p`<  
    CORE 16 PROJ &$CyT6mb^  
    DSEARCH 3    QUIET    ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM            ! system requirements follow 9NVtvBA  
    ID NIR EXAMPLE    ! lens identification OBB 0 .935 17.5    ! specify the object @q<h.#9  
    WAVL 1.97 1.53 1.06    ! and the wavelength range UNITS MM nt|n[-}  
    END ^0>^5l'n  
n8!|}J  
    GOALS    ! here we set the goals =v\}y+ Yh  
    ELEMENTS 5    ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 k7*-v/ *S  
    BACK 16 .1 I:=!,4S;  
    TOTL 50 .1 rtvLLOIO  
    STOP FIRST    ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX    ! so we put it in front and keep it there W%ix|R^2]  
    NPASS 100 :/=P6b;  
    ANNEAL 200 20 W3\+51P  
    RSTART 300    ! a useful starting radius, 4%nK0FAj  
    TSTART 1    ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 '!Va9m*w7  
    FOV 0 .5 1 l>`S<rGe  
    FWT 2 1 1 sOWP0x  Y  
    GLASS POS    ! positive elements will use this glass type G D-FK61 :jTbzDqQ  
    GLASS NEG    ! and negative this type. G H-ZF88 }.|a0N 5  
    END s!YX<V  
mXJG &EA  
    SPECIAL    ! here we give requirements that are not defaults jK6dI 7h  
    ACM 3 .1 1    ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA    ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, rS\mFt X  
    ASC    ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END    ! get too close to the hemisphere point. \J(~ Nv5!  
;+f(1=x  
    GO    ! this starts the process. PROJ
:X9;KoJl-V  
<]S M$) =D  
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。
E]a,2{&8<  
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。
su\Lxv  
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。
E?K(MT&@  
    PANT U .^%7.  
    VLIST RD ALL VLIST TH ALL END tJ d/u QJ  
    AANT AEC k~<ORnda  
    ACC    P ;erxB6*  
    GSR    0.000000    2.000000    4    M    0.000000 P&o+ut:  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    0.500000 dXt@x8E  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 @&G %cW(  
    M    0.160000E+02    0.100000E+00    A BACK o~:({  
    M    0.500000E+02    0.100000E+00    A TOTL * e,8o2C$  
    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, f]Z9=  
    ASC    ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END uX7"u*@Q*~  
    SNAP/DAMP 1 y>UQm|o<W  
    SYNOPSYS    100
R<h:>.M  
gY-}!9kW]  
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。 8.`5"9Vh  
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)
=%FhY^-  
    CORE 16 &s.-p_4w^D  
    GSEARCH 3 QUIET LOG SURF bb/A}< zD  
    1 3 5 7 9 gavf$be  
    END }`$({\^w  
y3'K+?4  
    OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES 4%jSqT@  
    G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 )lx;u.$4  
OOus*ooo2  
    END USE 2 GO
Mm"0Ip2"  
%`dVX EO  
透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差
x2]chN  
看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 Xdf;'|HO  
任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表:
'! ;Xxe5  
    SYNOPSYS>SPE ^j_t{h)W(0  
8`w#)6(V  
    ID NIR EXAMPLE F,GG>(6c  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110    22  #|l#  
    LENS SPECIFICATIONS: PsS8b  
98l-  
    SYSTEM SPECIFICATIONS ^zS|O]Tx  
(TGG?V  
    OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    49.9800 r$d'[ZcX  
    OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    15.9992 RjR  
    MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    17.5000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    15.9992 2 mvp|< "  
    MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    50.0025 7bam`)n  
    CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    1.4280 v.H@Ey2  
    CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.9350    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.8157 `~W?a  
    ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    17.5000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    24.7688 Z2\Xe~{  
    ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -54.7406 Ria*+.k@"B  
)d?L*X~y'  
    WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 n<7R6)j6  
    WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000 q&k?$rn  
    COLOR ORDER    2    1    3 :+S~N)0j^  
    UNITS    MM ]M9r<x*  
    APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    17.53054 EtvYIfemr  
    FOCAL MODE    ON Z o5.Yse  
    MAGNIFICATION    -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA &uTK@ G+  
&f>1/"lnd\  
    SURF    RADIUS    THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER jP"='6Vrw  
yy3-Xu4  
    0    INFINITE    INFINITE    AIR {W#VUB  
    1    83.04964    4.55863    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN Q pbzx/2h  
    2    -90.13577    1.76097    AIR Rlf#)4  
    3    -61.20988    2.89016    H-ZF88    1.87811    26.89 GUANGMIN m&r?z%  
    4    -136.80545    1.00000    AIR /3v`2=b  
    5    26.01458    5.71573    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN 6m{1im=  
    6    83.59388    25.92496    AIR pSJc.j  
    7    24.21580    2.91205    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN ob.=QQQs  
    8    117.43058    2.36412    AIR 7j L.\O  
    9    -24.23661    2.87587    H-F51    1.60755    25.46 GUANGMIN ?wS/KEl=O  
    10    -40.27187S    15.99923S    AIR ::rKW *?  
    IMG    INFINITE !|S{e^WhbU  
a)Ca:p  
    KEY TO SYMBOLS 4m$Xjj`vE  
>NN&j#;x~  
    A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE ZiOL7#QWX  
    G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES )[hQK_e]  
    O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP @5\ns-%  
    S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA iPPW_Q9x  
    T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP _!*??B6u  
    THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>
+gOv5Eno-  
tO ^KCnL  
如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 eyGY8fF8$  
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! eE-@dU?  
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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