SYNOPSYS代码详解-球面透镜整形器
球面透镜整形器 参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十五章 首先选择工作目录C:\Synopsys\Dbook\ [attachment=98916] VS9`{
SxdE?uCUS
然后，点击“Open MACro”按钮[attachment=98917]，打开宏C15M1，该文件中的代码如下： io,M{Ib
RLE !镜头输入文件起始点 J\d3N7_d
ID LASER BEAM SHAPER ! 镜头标识 Yiry[ "[]Q
WA1 .6328 ! 定义单个波长，单位为um 3= xhoRX
UNI MM !透镜单位为mm m_=$0m J$
OBG .352 ! 使用OBG指令声明高斯光源，束腰半径为0.35mm，孔径大小为2倍的输入光束的1/e**2点 $Z|f fc1
1 TH 22 ! 表面1和表面2之间的距离为22mm；表面1必须在束腰位置 1&^MfP}
2 RD -5 TH 2 GTB S ! 定义表面2的半径和厚度，以及玻璃类型为来自玻璃库Schott 的SF6 ojQI7 Uhw
SF6 _7IKzUn9g[
3 UMC 0.3 YMT 5 ! UMC指令求解表面3的曲率，给定边缘光线的角度为0.3； Ynp{u`?
! YMT指令求解在表面4上边缘光线高度为5mm时所对应的厚度； '&. #
4 RD 20 TH 4 PIN 2 ! 定义表面4的半径和厚度，并拾取表面2的折射率 ,Vh.T&X5
5 UMC 0 TH 50 ! UMC指令求解表面5的曲率，给定边缘光线的角度为0°，即光束被准直；表面5的厚度为50mm; t'BLVCu
7 ! 定义表面6和表面7，且两表面必须平坦且重合，因为它们是AFOCAL输出 &0 7]LF$]
AFOCAL ! 设置系统无焦 6:q"l\n>
END !结束镜头输入文件
点击PAD图标[attachment=98918]或在CW窗口输入SYNOPSYS AI>PAD,得到该透镜系统的二维图，如图1所示： [attachment=98919] 图1 粗略猜测用于激光束整形器的初始系统 b8LoIY*
接下来，检查能量密度，通常有多种方法： 方法一：FLUX指令 NG
CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 3,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。 [attachment=98920] /rq VB|M
FLUX100 P 3 的含义： HHq_P/'
数字100-追迹的光线数目 "`M?R;DH
字母P-主波长 M&N B/
数学3-表面3 方法二：FLUX像差 )t$, e2FY
首先在CW中输入SYNOPSYSAI>STEP= 100,然后点击“Enter”键。 zunV<2~(2}
q-]`CW]n
然后运行宏C15M2一次，其代码为： Nc+,&R13m
$ "E).j
DD:DO MACRO FOR AIP = -1 TO 1 ! 定义循环，设置特殊变量AIP来改变透镜数据 Q -MQ9'
COMPOSITE ! 定义复合像差 w=LP"bqlI
CD1 PFLUX 0 0 AIP 0 3 ! 使用CD1参数，计算表面3上AIP区域（循环变量）的光通量衰减 8>X d2X
=CD1 ! 计算结果将自动放入文件夹FILE的位置1 ' ~ ,p[
Z1 =FILE 1 ! 使用Z1变量参数，将文件夹FILE中位置1的结果置于Z1变量中； Cl ^\OZN\=
= 1 +Z1 ! 将1添加到结果中，这是总的光通量，因为Z1是衰减量。 FDVcow*] n
ORD =FILE 1 ! 获取该值，并用于绘图的纵坐标，其横坐标为循环变量AIP N@O8\oQG
%Eb%V ($
最后在CW中输入SYNOPSYSAI>DD,然后点击“Enter”键。 _<a7CC g
这样，就得到了高斯型光通量分布。 从图中可以看出，高斯型通量分布为OBG定义的1/e**2点的两倍。 [attachment=98921] ms!r ef4`+
在PAD图中点击图标 [attachment=98922]按钮打开工作表，然后点击图标[attachment=98923]，再单击PAD图的右侧放置透镜。重复上述操作，为系统添加两个透镜，如图2所示。 [attachment=98924] 图2 添加两个透镜后的系统结构 首先点击[attachment=98925]按钮设置检查点，然后运行优化宏C15M3，其代码为： ?T>'j mmV=
BNd^qB ?
CHG ！改变透镜 s lg ]#Dy
NOP ！移除所有表面拾取和求解 .A-]_98Z
9UMC ！UMC指令求解表面9的曲率 "I=\[l8t
END ！结束 r *$Ner
Z^]|o<.<I
PANT ! 定义变量参数 $aN-Y?U%
VLISTRAD ALL ! 改变所有表面半径 ,WJH}(h"D
VLISTTH 3 5 6 7 8 ! 改变表面3，表面5，表面6，表面6，表面8的空气间隔 <$ F\Nk|x
OE4+G I.r-
END ! 结束 A5i :x$ww
L=q+|j1>
AANT ! 定义像差参数 d? :=PH
AEC 11 1 ！自动控制边缘厚度，防止边缘太薄，目标值为1，权重为1，窗口为1 D\[h: 8k
ACC 41 1 ！自动控制元件中心厚度，防止中心厚度太厚，目标值为4，权重为1，窗口为1 wk6NG /<
ACA60 10 1 ! 自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 bYi` R)
LUL100 1 1 A TOTL ! 系统总长不超过100 M 510 A P YA 0 0 1 0 9 ! 0视场表面9上的边缘主光线高度目标值为5mm，权重为10 IkrF/$r
M 510 A P YA 0 0 1 0 10 ! 0视场表面10上的边缘主光线高度目标值为5mm，权重为10 hQ(qbt{e
M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为1时所对应的光通量衰减为0 jM$`(Y
M 0 1A P FLUX 0 0 .99 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.99时所对应的光通量衰减为0 1Wm)rXW[x
M 0 1A P FLUX 0 0 .98 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.98时所对应的光通量衰减为0 _~rI+ l A
M 0 1A P FLUX 0 0 .97 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.97时所对应的光通量衰减为0 O~5 9FuL
M 0 1A P FLUX 0 0 .96 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.96时所对应的光通量衰减为0 ep=qf/vd<
M 0 1A P FLUX 0 0 .95 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.95时所对应的光通量衰减为0 z]2]XTmWs
M 0 1A P FLUX 0 0 .94 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.94时所对应的光通量衰减为0 ZTU&, 1Y ;
M 0 1A P FLUX 0 0 .93 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.93时所对应的光通量衰减为0 ynw5-aS3
M 0 1A P FLUX 0 0 .92 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.92时所对应的光通量衰减为0 VxY+h` 4#
M 0 1A P FLUX 0 0 .91 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.91时所对应的光通量衰减为0 TQ {Han!
M 0 1A P FLUX 0 0 .85 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.85时所对应的光通量衰减为0 #% of;mJv
M 0 1A P FLUX 0 0 .8 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.8时所对应的光通量衰减为0 -i4&v7"
M 0 1A P FLUX 0 0 .7 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.7时所对应的光通量衰减为0 ^bc;[x &N
M 0 1A P FLUX 0 0 .5 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.5时所对应的光通量衰减为0 {X[ HCfJd
M 0 1A P FLUX 0 0 .3 0 10 ! 0视场表面10上在Y方向高度为0.3时所对应的光通量衰减为0 ithewup
GSO 01 5 P ! 控制弧矢面上5条光线产生的OPD `ORECg)
END ! 结束 $2M#qkik-
SNAP ! 设置PAD更新频率 SYNO100 !程序优化次数为100次 优化后的镜头结构,如图3所示。您的结果可能会有所不同，由于您点击插入元件的确切位置是不可预测的。 [attachment=98926] n+BJxu?
图3 通过优化光通量像差的镜头 再次评估光通量均匀性。CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 10,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。光通量并没有改善。 T"&)&"W*U
OM|Fwr$
hgLj<
[attachment=98927] 在PAD图中点击[attachment=98928]恢复检查点，并打开WS工作表，在表面框中选择0，将“OBG 0.35 2”更改为“OBG0.35 1”，单击“Update”按钮。 [attachment=98929] ZR$'u%+g'
重新优化四个透镜。首先点击[attachment=98925]按钮设置检查点，然后运行优化宏C15M3。并点击图标[attachment=98930]进行模拟退火，具体参数设置为（22,1,50）： [attachment=98932] 得到新的镜头，如图4所示： [attachment=98933] 图4 重新优化后的镜头 重新评估光通量均匀性。在CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 10,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。 [attachment=98934] IBQ@{QB
光通量稍好点，但仍然不均匀。在保持光线角度控制的同时使强度分布均匀并不容易。该结果似乎表明使用四个透镜可以达到很好的平衡。 在PAD图中点击图标 [attachment=98922]按钮打开工作表，然后点击图标 [attachment=98923] ，再单击PAD图的右侧放置透镜。重复上述操作，为系统添加两个透镜，如图5所示。 [attachment=98935] 图5 再添加两个透镜后的系统结构 优化六个镜头以及模拟退火优化。运行优化宏C15M4，其代码为： 6 3.wL0~
CHG ！改变透镜 AEC 11 1 ！自动控制边缘厚度不小于1mm，权重为1，窗口为1 ACC 41 1 ！自动控制元件中心厚度不大于4mm，权重为1，窗口为1 LUL100 1 1 A TOTL ! 系统总长上限为100mm M 510 A P YA 0 0 1 0 LB1 ! 0视场表面14的边缘光线高度目标值为5，权重为10；LB1-倒数第2个面 M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为1时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .99 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.99时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .98 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.98时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .97 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.97时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .96 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.96时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .95 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.95时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .94 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.94时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .93 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.93时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .92 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.92时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .91 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.91时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .85 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.85时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .8 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.8时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .7 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.7时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .5 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.5时所对应的光通量衰减为0 M 0 1A P FLUX 0 0 .3 0 LB1 ! 0视场表面14上在Y方向高度为0.3时所对应的光通量衰减为0 GSO 0.1 5 P ! 控制弧矢面上5条光线产生的OPD GSR 01 5 P !控制弧矢面光线网格中所产生的光线像差 SNAP ！设置PAD图更新频率，每一次优化更新一次 并进行模拟退火（22,1,50），最后得到镜头结构如图6所示： [attachment=98936] aB]m* ~
图6 优化后的六片透镜结构 CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX100 P 14,然后点击“Enter”键。得到通过FLUX指令计算出的高斯强度分布引起的光通量衰减，如下图所示。 光通量完全控制在10%均匀度的目标范围内。可以使用全球面透镜来完成整形器设计，但是需要六片透镜。 [attachment=98937] 首先在CW中输入指令OFF27，即关闭开关27。然后在CW中输入MFP指令，点击“Enter”键。打开MFP对话框进行以下设置： [attachment=98938] KAsS [
得到足迹图： [attachment=98939] <`jLY)sw
六片透镜系统的输出光线分布。光线更多地散布在中心附近，并在边缘压缩，这对光束整形器来说非常好，使得光束均匀化。 接下来，使用DPROP命令分析衍射传播特性。在CW中输入： CHG !改变透镜 CFIX !固定孔径光阑，建议在运行DPROP时固定光阑。原因是：如果衍射发送少量的能量，DPROP程序通常会检查比镜头允许区域更大的区域。 1 TH0 !表面1厚度为0mm END !结束 DPROPP 0 0 13 SURF 3 R RESAMPLE !设置衍射传播参数
DPROPP 0 0 13 SURF 3 R RESAMPLE 的含义： @^; j)%F}
DPROP-衍射传播 P-主色 第一个0- Y方向的0视场 第二个0-X方向的0视场 13-表面13 SURF-绘制一个波阵面透视图，波阵面落在表面13的顶点平面上 3-曲面图的高度 R-设定该曲面的视角为右视角 RESAMPLE-多重采样 得到DPROP分析图如下：[attachment=98940] M.nvB)
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