SYNOPSYS 光学设计软件课程十一:球形激光光束整形器
#DI$Oc 激光器的输出具有非均匀的高斯强度分布,并且对于某些应用,人们希望使其均匀分布。 这是激光束整形器的工作需求。
RiFw?Q+ 处理办法: ]tt} # 这项工作可以通过多种方式完成。 对于具有球面的简单透镜,它需要以重新分布光的方式平衡大量的球差,降低光束中心处的能量密度,同时在边缘附近增加光束。 使用非球面表面更容易,其中人们可以更好地控制要引入的像差量,如果使用衍射光学元件,则更容易控制。 问题是后者比球面镜片贵得多,所以我们要明白我们想要一个什么样的结果。 MagMZR 考虑到这一点,我们将尝试一种全部使用球面透镜的方法,以确定我们可以制作光束的均匀程度以及我们需要多少元件。 让我们从一个非常简单的结构开始。 hW2.8f$ 将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10%以内的光束。 q<{NO/Mm 这是我们输入的初始结构: 8+'C_t/0i RLE ! Beginning of lens input file. ID LASER BEAM SHAPER v}uJtBG( WA1 .6328 ! Single wavelength 83iCL; GS= UNI MM ! Lens is in millimeters *l>0t]5YH OBG .35 2 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture as 2 * 1/e**2 point. ;vp\YIeX1 1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist. K"{HseN{ 2 RD -5 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog SF6 A7-r<s 3 UMC 0.3 YMT 5 ! Solve for the curvature of surface 3 so the marginal ray has an angle of 0.3 e!x6bR9EZ ! find spacing so ray height is 5 mm on next surface BWq/TG=> 4 RD 20 TH 4 PIN 2 ! Guesses for surface 4 FY#!N
L 5 UMC 0 TH 50 ! Solve for curvature of 5 so beam is collimated. $Ua56Y 7 ! Surfaces 6 and 7 exist =Hu0v}i/ AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. pyB~M9Bp/ END ! End of lens input file. VOgi7\ h)x_zZ%>o (这个系统处于AFOCAL模式,这意味着输出将被准直。但是如果图像处于无限远处,横向像差是没有意义的,因此程序将它们转换为角度像差,不需要“完美透镜”。但程序需要 最后两个虚拟表面,它在那里进行平移,这里是表面6和7.)
4%ZM:/ 首先,让我们检查一下能量密度如何从孔径的中心下降到边缘。 有三种方法可以做到这一点。 最简单的是使用FLUX命令: 1B:aC|B FLUX 100 P 3 pP/@ &Cro2|KZhG 此输入将显示表面3上的光通量,显示预期的衰减: 2(#Ks's? 另一种方法使用FLUX像差。 此列表为您提供了更大的灵活性,因为您可以自己指定孔径和视场点。 使用以下命令创建MACro。 (注意DD的符号定义): =dH$2W)G DD: DO MACRO FOR AIP = -1 TO 1 @h9MxCE! COMPOSITE ! Ready a composite definition. M] EsS^/X CD1 P FLUX 0 0 AIP 0 3 ! Composite data number 1 is the flux at a relative Y- coordinate of AIP 4A.Q21s ! (defined later) on surface 3. tIZ~^*' = CD1 J !#Zi#8sF Z1 = FILE 1 Fi;VDK(V9 = 1 + Z1 T] | d5E ORD = FILE 1 xHkxc}h d#_m.j 运行此MACro一次,然后输入STEPS = 100然后输入DD。 程序将AIP的值从-1循环到1,并绘制光通量密度。 让我解释一下。 8L{u}|{ • CD1 P FLUX ...计算表面3处AIP区域(环变量)的光通量衰减
$aP(|!g • = CD1是一个等式,其结果自动放在FILE位置1。 Kn}ub+
"J • Z1= FILE 1获取该值并将其置于变量Z1中。 t@B(+ • = 1 + Z1为结果添加1.0。 这是总通量,因为Z1是衰减。 +V8b • ORD= FILE 1获取此值并将其用于绘图的纵坐标,其横坐标为循环变量AIP。 vA&Vu"}S 这是图: , Ww 再次,您可以看到高斯光通量曲线,根据OBG定义评估为1 / e ** 2点的两倍。 (第三种方式使用DPROP衍射传播特征。设置和运行更复杂,但考虑到光束的衍射,其他两个则不然。) >)4YP*qIPb 本课程的目的是使光通量尽可能均匀,目标是在孔径上改变10%。 +1`t}hO 在这里,我们简单地猜测了一些起始透镜尺寸,但我们已经看到了一个解决方案的暗示:注意边缘光线如何朝向轴会聚,而中心光线更准直。 能量确实会比以前更集中在边缘,这是向正确方向迈出的一步 - 但我们也希望整个光束准直,所以我们需要一种方法来拉直光线。 这更难。 v%91k 两个元件不足以实现目标,使用WorkSheet再添加两个镜片。 点击“工作表”按钮, 然后单击“工作表”工具栏中的“插入元件”按钮 。 然后在PAD显示中单击轴,在表面右侧添加一个镜片。再向右侧再做一次相同的操作。 现在系统看起来像这样: W)=%mdxW0 我们将尝试优化这个系统,但首先让我们创建一个Checkpoint,这样如果事情不能按照我们的希望工作,我们可以立即返回。 单击“检查点”按钮 。 6Z! y 我们设置一个优化MACro,看看我们是否可以解决问题。 }STYG` CHG NOP < |