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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

Zl\$9Q_  
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。 j /)A<j$  
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。

l+r3|b  
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): fo"%4rkL  
•    Entering beam radius 17.5 lzbAx  
•    Chief-ray angle 0.935 degrees H/^t]bg,  
•    Back focus distance 16.3 =M],5<2;  
•    Cell length 50 ]r(&hqdR  
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。 K/l*Saj  
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。
qa>H@`P  
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。
eJy}W /  
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。 "nA~/t=  
这是我们的SEARCH输入:
3 +WmM4|  
    CORE 16 PROJ F@ld#O  
    DSEARCH 3    QUIET    ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM            ! system requirements follow B1k;!@@1 4  
    ID NIR EXAMPLE    ! lens identification OBB 0 .935 17.5    ! specify the object (`js/7[`H[  
    WAVL 1.97 1.53 1.06    ! and the wavelength range UNITS MM \Gm\sy  
    END w s([bS2h  
\"| 7o8  
    GOALS    ! here we set the goals 08qM?{z o^  
    ELEMENTS 5    ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 WzqYB a  
    BACK 16 .1 w{"ro~9o  
    TOTL 50 .1 pmuT7*<19  
    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 /=[hRn@)A  
    NPASS 100 .L8g( F(=:  
    ANNEAL 200 20 7m.>2U   
    RSTART 300    ! a useful starting radius, L(q~%  
    TSTART 1    ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 '&!:5R59  
    FOV 0 .5 1 mIW/x/I  
    FWT 2 1 1 aflBDo1c  
    GLASS POS    ! positive elements will use this glass type G D-FK61 $2>"2*,04  
    GLASS NEG    ! and negative this type. G H-ZF88 giH WC%/  
    END *q*$%H  
7srq~;j3  
    SPECIAL    ! here we give requirements that are not defaults ly::?  
    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, D}OhmOu 3  
    ASC    ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END    ! get too close to the hemisphere point. b#W(&b^q  
Nz%Yi?AF  
    GO    ! this starts the process. PROJ
)?<V-,D  
7{Zs"d{s  
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。
Vs9]Gm  
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。
Y(;u)uN_  
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。
I#:Dk?"O2  
    PANT T_ga?G<  
    VLIST RD ALL VLIST TH ALL END yqKSaPRA  
    AANT AEC "V <WC"  
    ACC    P "]}?{2i;  
    GSR    0.000000    2.000000    4    M    0.000000 f>[{1M]n\  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    0.500000 ?D+H2[n\a  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 PM3fJhx  
    M    0.160000E+02    0.100000E+00    A BACK nP+jkNn3  
    M    0.500000E+02    0.100000E+00    A TOTL }$` PZUw>  
    ACM 3 .1 1    ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA    ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, fS]Z`U"  
    ASC    ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END NL-V",gI-~  
    SNAP/DAMP 1 J]5ZWo%  
    SYNOPSYS    100
m1DrT>oN'  
3|(3jIa  
保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 `B/74Wa3q  
现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据)
42=/$V  
    CORE 16 v,jB(B^|Z  
    GSEARCH 3 QUIET LOG SURF )W>9{*4 m  
    1 3 5 7 9 F./P,hhN9  
    END \u*[mrX_B:  
kZ'wXtBYe  
    OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES `k -|G2  
    G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 gR${S|Z#u4  
q{XeRQ'/  
    END USE 2 GO
d Z x  
 QB#_Wn  
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
&#;lmYyaui  
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。 ,VZ<r5NT  
任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表:
5P[urOvV  
    SYNOPSYS>SPE `8kL=%(h  
-/R?D1kOq  
    ID NIR EXAMPLE )v %tyU  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110    22 7 b 8pWM  
    LENS SPECIFICATIONS: LJOJ2x  
]Cp`qayct  
    SYSTEM SPECIFICATIONS kudXwj  
GHFYIor  
    OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    49.9800 u@T,8  
    OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    15.9992 A\v]ZN4  
    MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    17.5000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    15.9992 IZ@M K  
    MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    50.0025 @@& ? ,3  
    CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    1.4280 %:8XZf  
    CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.9350    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.8157 yJ?= H H?  
    ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    17.5000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    24.7688 |u.3Tp|3W  
    ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -54.7406 .[o`TlG%  
?>q5Abp[  
    WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 Wql,*|  
    WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000 v[~Q   
    COLOR ORDER    2    1    3 ^-,@D+eW  
    UNITS    MM gp4@6HuUd  
    APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    17.53054 o)M<^b3KO  
    FOCAL MODE    ON -*;JUSGh  
    MAGNIFICATION    -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA CK8!7=>}^  
Z`>m   
    SURF    RADIUS    THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER c3J12+~;  
]JlM/  
    0    INFINITE    INFINITE    AIR i!+0''i{#  
    1    83.04964    4.55863    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN +0M0g_sk  
    2    -90.13577    1.76097    AIR fz<GPw  
    3    -61.20988    2.89016    H-ZF88    1.87811    26.89 GUANGMIN i}v3MO\X  
    4    -136.80545    1.00000    AIR !Aw.)<teW  
    5    26.01458    5.71573    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN V L;<+C~  
    6    83.59388    25.92496    AIR ORhvo,.u  
    7    24.21580    2.91205    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN I~ e,']  
    8    117.43058    2.36412    AIR #NWS)^&1b  
    9    -24.23661    2.87587    H-F51    1.60755    25.46 GUANGMIN |b+CXEzo  
    10    -40.27187S    15.99923S    AIR ;ibOd~  
    IMG    INFINITE ?L6pB]l8b  
\I7,1I  
    KEY TO SYMBOLS ;+rcT;_^/  
u_6x{",5I  
    A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE `It3X.^}  
    G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES VJgYXPE `  
    O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP G.>Ul)O:a  
    S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA 5RR4jX]  
    T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP {=9"WN    
    THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>
!mK}Rim~  
,YF1* 69  
如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 9/dADJe0b  
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! `W2 o~r*&  
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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