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小火龙果 2024-07-17 15:55

SYNOPSYS 光学设计软件课程七十五:衍射透镜设计激光光束整形器

1.概述 c, \TL ]  
衍射透镜也被称为光学衍射元件,或者 DOE 类似于菲涅尔透镜, 有很多的倾斜的区块, 唯一不同的是区块的高度是通过计算得到的,用来让光线的相位变化刚好是一个波长或者是相位的一个周期。 ;2kiEATQ 1  
EU TTeFp  
初始宏文件可以评论区留言获取 .l"_f  
[attachment=129419]
*-T3'beg  
BgJ;\NV  
所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。 N \[Cuh8Fe  
i0Qg[%{9#  
2.1设计要求
{-J/ <a@  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: S%-L!V ,  
将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 8},!t\j#]  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: c^}gJ  
初始宏文件可以评论区留言获取
<a2t"rc  
[attachment=129420]
-o6K_R}R  
ny'~pT'00  
以上展示部分命令,这其中, }4ijLX>b  
OBG 的物是高斯光束. g&O%qX-  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. G9:[W"P  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
[G+M94[A  
#?YQ&o~gZ  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 L{N9h1]  
原因如下: R0_%M  
1.光束被扩大了但是并不准直。 +*a:\b" fx  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 \gki!!HQ  
优化
F=Z|Ji#  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 XB UO  
优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 ;B o2$  
改变高阶项
mWsVOf>g  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? <w+K$WE {  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 Y b]eWLv  
HELP USS |L.QIr,jCC  
然后找到类型16。 *I(>[m!  
[attachment=129422]
aRdk^|}  
优化结果
[attachment=129423]
D&0*+6j((  
2Prr:k  
还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 P-ys$=  
光通量
WM*[+8h  
透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 ?lnX."eAdB  
[attachment=129424]
VT?J TW  
L0qo/6|C  
得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? !3v!BJ#+,&  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 5Lo{\7%  
打开 MMA对话框。 1&ZG6#16q  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 +IK~a9t  
Object point (物体坐标)设定为 0, `XB(d@%  
光线网络 CREC 设置为网格 7, R#`hT  
数字化输出,  [53rSr  
绘制图表。 R}8!~Ma`|  
[attachment=129425]
l6:k|hrm;  
vK!,vKa.  
这是一个表面光栅的分布图。 aDm$^yP  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? ]BP"$rs  
[attachment=129426]
36@)a5  
15 x~[?!  
在 PANT 文件中添加一个变量: vY7C!O/y_k  
VY 5 RAD ~=aGv%vX  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: cT`x,2  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ]t\fw'  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 e57}.pF^  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
*Tl"~)'t~  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
,oT?-PC$z  
7h<B:~(K  
现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 H|tbwU)J  
镜片表面高斯光强分析
_FeLSk.  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. Jt43+]  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE T|GRkxd,E3  
Y\(Q  
[attachment=129429]
yyPkjUy[  
br .jj  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) T?N' k=   
它有着预期的高斯分布的形状。 puG$\D-[  
现在对表面 6也进行相同的操作。 ^DS9D:oE  
输入: ,+3l9FuQ  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE #*BcO-N  
非常均匀水平的光强分布。 30-XFl  
w")VcAq  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
?5K.#>{  
=O?<WJoK  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 9`f]Rf"  
如果 DOE 是通过光蚀刻制成的,这是要被成像到衬底上的底模。
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