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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 wspZ Eu>C;  
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。 M\ B A+  
+W x/zo  
初始宏文件可以评论区留言获取 )u7y.o  
[attachment=129419]
Z4b<$t[u  
*$0u A N  
所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。 UMuRB>ey  
>T'^&l(:  
2.1设计要求
c!d>6:\  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: QI0d:7!W1  
将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 |W[BqQIf  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: lb{<}1YR0o  
初始宏文件可以评论区留言获取
H<92tP4M  
[attachment=129420]
{R5Q{]dK3  
mQ*:?\@  
以上展示部分命令,这其中, o4^rE<vJ  
OBG 的物是高斯光束. FZ)_WaqGf  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. 7j8nDX<  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
&!x!j ,nT  
eZ'J,;  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 ]2`PS<a2  
原因如下: +] s"*'V$  
1.光束被扩大了但是并不准直。 +l+8Z:i<  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 vN=e1\  
优化
38ChS.(  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 yj13>"nh  
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。 8+5 z-vd  
改变高阶项
z%Pbs[*C  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? sN]O]qYXJ  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 J5b>mTvb  
HELP USS -!zyit5B  
然后找到类型16。 }d?"i@[  
[attachment=129422]
+ KGZk?%  
优化结果
[attachment=129423]
E2+x?Sc+  
o&g-0!"  
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。 wDJbax?  
光通量
r\-Mj\$-  
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 U{6i5;F#H  
[attachment=129424]
)`<- c2  
 ;j|T#-.  
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? d}#G~O+y3v  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 A2.[P==  
打开 MMA对话框。 x=7hOI5u  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 -b'93_ZTu:  
Object point (物体坐标)设定为 0, A14}  
光线网络 CREC 设置为网格 7, ~Y]*TP  
数字化输出, sz4)xJgF (  
绘制图表。 "N\>v#>C  
[attachment=129425]
sz}YX R=m  
\i%h/Ao  
这是一个表面光栅的分布图。 O {u^&V]  
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? aMI\gCB/  
[attachment=129426]
C QO gR GW  
U,q ]  
在 PANT 文件中添加一个变量: Twi:BI`.  
VY 5 RAD j<[+vrj  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: }$EcNm$%  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 1xAZ0X#  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 aM/sD=}  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
N4y$$.uv2  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
"uK`!{  
z@5t7e)!R  
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。 iX ;E"ov]  
镜片表面高斯光强分析
/4w"akB|P  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. pI*/ - !I  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE @w:6m&KL9  
0NKo)HT  
[attachment=129429]
(5AgI7I,  
U)mg]o-VE  
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。) cEzWIS?pp\  
它有着预期的高斯分布的形状。 cu&tdg^q  
现在对表面 6也进行相同的操作。 2Hltgt,  
输入: v}w=I}<x  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE {p#[.E8  
非常均匀水平的光强分布。 } ti+tM*  
M`{x*qR  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
1%W|>M`  
dfkmIO%9X  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 W '54g$T  
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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