小火龙果

2020-03-27 12:30

SYNOPSYS代码详解-带有kinoform透镜的激光扩束器

带有kinoform透镜的激光扩束器

参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十七章

首先选择工作目录DBOOK文件夹：

[attachment=99339]

然后，打开镜头输入文件C17M1，代码如下：

RLE ! 镜头输入文件起始点

ID KINOFORM 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 .35 1 ! 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 -2 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 TH 20 ! 定义表面3的厚度

3 USS 16 ! 定义表面3为DOE面

CWAV .6328 ! 中心波长

HIN 1.7988 55 ! 感光胶的折射率和阿贝数

RNORM 1 !归一化半径

4 TH 2 GTB S ! 定义表面4的厚度，以及玻璃类型为来自玻璃库Schott的SF6

SF6

4 USS 16 !定义表面4为DOE面

CWAV .6328 !中心波长

HIN 1.7988 55 !感光胶的折射率和阿贝数

RNORM 1 ! 归一化半径

5 CV 0 TH 50 !表面5的曲率为0，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=99341]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=99348]

图1 DOE激光束整形器的初始结构

运行优化宏C17M2，代码如下：

PANT ! 定义变量参数

RDR .001 !定义更小的起始增量为正常值的千分之一，因为光束非常小；

VY 2 RAD !改变表面2的半径

VLIST TH 3 ! 改变表面3的厚度

VY 3 G 26 ! 改变表面3的Y**2项系数G26

VY 3 G 27 ! 改变表面3的Y**4项系数G27

VY 3 G 28 !改变表面3的Y**6项系数G28

VY 3 G 29 !改变表面3的Y**8项系数G29

VY 4 G 26 ! 改变表面4的Y**2项系数G26

VY 4 G 27 !改变表面4的Y**4项系数G27

VY 4 G 28 !改变表面4的Y**6项系数G28

VY 4 G 29 ! 改变表面4的Y**8项系数G29

END ! 结束

AANT ! 定义像差参数

AEC 1 1 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 4 1 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

LUL 150 1 1 A TOTL ! 系统总长不超过150

M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! 0视场表面5的边缘光线高度目标值为5，权重为1；

M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 !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 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 ! 0视场表面6上在Y方向高度为0.85时所对应的光通量衰减为0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 ! 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 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 ! 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 .1 10 P ! 控制弧矢面上10条光线产生的OPD像差

GSR 0 100 10 P !控制弧矢面光线网格中所产生的横向光线像差

END ! 结束

SNAP ！设置PAD图更新频率，每一次优化更新一次

SYNO 40 ！程序优化次数为40次

然后点击图标 [attachment=99346]进行模拟退火，具体参数设置为（22,1,50）：

[attachment=99347]

得到优化和模拟退火后的DOE光束整形器，如图2所示：

[attachment=99349]

图2 优化和模拟退火后的DOE光束整形器

CW窗口输入SYNOPSYS AI>FLUX 100 P 6,然后点击“Enter”键。得到光通量分布图，光通量几乎均匀。

[attachment=99345]

FLUX 100 P 6 的含义：

数字100-追迹的光线数目

字母P-主波长

数字6-表面6

现在问题是：表面4的空间频率是多少？

如果它太高，在制作技术上可能存在难度。

现在分析表面4的空间频率。在CW中输入MMA，打开MMA对话框进行如下图，并得到空间频率图：

[attachment=99340][attachment=99343]

需要降低表面4的空间频率，在PANT中添加VY 5 RAD；同时在AANT中添加M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4；

然后点击Run按钮运行，得到镜头结构如下图所示：

[attachment=99350]

在CW中输入DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 得到表面3的光束强度分布图；

在CW中输入DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE 得到表面6的光束强度分布图；

其中：

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

3-表面3 （6-表面6）

SURF-绘制一个波阵面透视图，波阵面落在表面3（或表面6）的顶点平面上

3-曲面图的高度

L-设定该曲面的视角为左视角

RESAMPLE-多重采样

得到表面3的光束强度分布图（高斯分布）和表面6的光束强度分布图（平顶分布）：

[attachment=99342][attachment=99344]