小火龙果

2020-03-13 15:12

SYNOPSYS代码详解-非球面激光束整形器

非球面激光束整形器

参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十六章

首先选择工作目录C:\Synopsys\Dbook\

[attachment=98969]

然后，点击“Open MACro”按钮

，打开宏C16M1，该文件中的代码如下：

RLE !镜头输入文件起始点

ID LASER BEAM SHAPER ! 镜头标识

WA1 .6328 ! 定义单个波长，单位为um

UNI MM !透镜单位为mm

OBG .351 ! 使用OBG指令声明高斯光源，束腰半径为0.35mm，孔径大小为输入光束的1/e**2点

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

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

SF6

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；

! 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

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;

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

AFOCAL ! 设置系统无焦

END !结束镜头输入文件

点击PAD图标[attachment=98972]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=98978]

图1粗略猜测用于激光束整形器的初始系统

对初始系统进行优化，运行优化宏C16M2，其代码为：

CHG ！改变透镜

NOP ！移除所有表面拾取和求解

4 PIN 2 ！表面4拾取表面2的折射率

5 TH10 UMC 0 ！表面5的厚度为10mm，UMC求解表面5的曲率，给点边缘光线的角度为0；

END ！结束

PANT ! 定义变量参数

VLISTRAD 2 3 45 ! 改变表面2，表面3，表面4，表面5的半径

VLISTTH 3 ! 改变表面3的厚度

VY 3CC ! 改变表面3的圆锥常数

VY 4CC ! 改变表面4的圆锥常数

VY 3G 3 ! 改变表面3的第四阶非球面项系数G3

VY 3G 6 !改变表面3的第六阶非球面项系数G6

VY 3G 10 !改变表面3的第八阶非球面项系数G10

VY 4G 3 ! 改变表面4的第四阶非球面项系数G3

VY 4G 6 !改变表面4的第六阶非球面项系数G6

VY 4G 10 !改变表面4的第八阶非球面项系数G10

END ! 结束

AANT ! 定义像差参数

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

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

ASC !自动控制表面倾斜角

LUL100 1 1 A TOTL ! 系统总长不超过100

M 5100 A PYA 0 0 1 0 LB1 ! 0视场表面6的边缘光线高度目标值为5，权重为100；LB1-倒数第2个面

M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 LB1 ! 0视场表面6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6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6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6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6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6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6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6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6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6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 .9 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.9时所对应的光通量衰减为0

M 0 1A P FLUX 0 0 .89 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.89时所对应的光通量衰减为0

M 0 1A P FLUX 0 0 .88 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.88时所对应的光通量衰减为0

M 0 1A P FLUX 0 0 .86 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.86时所对应的光通量衰减为0

M 0 1A P FLUX 0 0 .84 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.84时所对应的光通量衰减为0

M 0 1A P FLUX 0 0 .82 0 LB1 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.82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6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6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6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6上在Y方向高度为0.3时所对应的光通量衰减为0

GSO 0.01 10 P ! 控制弧矢面上10条光线产生的OPD

GSR0 50 10P ! 控制弧矢面光线网格中所产生的光线角度为0，由于系统是AFOCAL的，所以使用GSR指令以输出角度为目标

END ! 结束

SNAP ！设置PAD图更新频率，每一次优化更新一次

SYNO 50 ！程序优化次数为50次

接着，点击图标[attachment=98976]进行模拟退火，具体参数设置为（22,1,50）：

[attachment=98977]

得到采用非球面透镜的双透镜设计，如图2所示：

[attachment=98979]

图2 采用非球面透镜的双透镜设计

然后评估该镜头的光通量均匀性。在CW窗口输入SYNOPSYSAI>FLUX 100 P 5,然后点击“Enter”键。得到光通量分布图，光通量几乎均匀。

FLUX 100 P 5 的含义：

数字100-追迹的光线数目

字母P-主波长

数学5-表面5

[attachment=98975]

在CW中输入指令OPD，TFAN 5 P，如下图所示：

TFAN-子午光扇图

5-光线数目

P-主色

[attachment=98971]

由图可知，该镜头设计基本上是完美的，只有超过1/1000的波前差，仅需两片透镜。

使用DPROP检查输出波前。运行宏C16M3，其代码为：

STORE9 ! 将透镜结果保存在透镜库位置9

CHG ! 改变透镜

CFIX ! 固定孔径光阑

END ! 结束

DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE !设置衍射传播参数

GET9 ! 获取透镜库位置9的透镜

关于DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE 的解释：

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

5-表面5

SURF-绘制一个波阵面透视图，波阵面落在表面5的顶点平面上

2.5-曲面图的高度

R-设定该曲面的视角为右视角

RESAMPLE-多重采样

最后得到DPROP衍射传播特性分析图：

[attachment=98970]

接着查看非球面透镜与最佳拟合球体(CFS)的距离。在CW中输入指令：ADEF 3 PLOT，得到非球表面3与CFS的偏差。同样输入指令ADEF 4 PLOT，得到非球面4与CFS的偏差。

[attachment=98967][attachment=98968]

在CW中输入指令：ADEF 3 FRINGES，得到非球表面3的条纹图。同样输入指令ADEF 4 FRINGES，得到非球面4的条纹图。

[attachment=98973][attachment=98974]