| 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 jI!}}K)d
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。 `~QS3zq
yU3f M?a
初始宏文件可以评论区留言获取 _M=
\s>;G
[attachment=129419] w$ 4fS
z/aZD\[_
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。 5Og. :4
U=MFNp+
2.1设计要求 zl\mBSBx"
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标： wYK-YY:Q3
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。 z/(^E8F
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果： `WSm/4 m
初始宏文件可以评论区留言获取 hb'S !N5 m
[attachment=129420] x;2tmof=L
uFNVV;~RFI
以上展示部分命令，这其中， &wr0HrE\
OBG 的物是高斯光束. IGEs1
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. vK
z/-9im
得到的初始结构如下： [attachment=129421] 8.bIP
ju%v
deO/`
这是最初的设计，效果并不是十分理想 nE# p
Ry]
原因如下： #-kG\}
1.光束被扩大了但是并不准直。 Ew1>
m'
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 oA`' ~~!
优化 $TS4YaJ%
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 +]P? ?`,R;
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。 \?A 7{IY
改变高阶项 Xc -'&"
应该怎样确定改变哪个 G 变量? =n|n %N4 Y
所有的一切只需要按几下按键. 输入 S,,,D+4
HELP USS V(n7hpS
然后找到类型16。
`b 6j7
[attachment=129422] D9^.Eg8W
优化结果 [attachment=129423] [" VUSa
B* #lkMr
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。 uc4#giCD
光通量 dUiv+K)ccQ
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 zX{K\yp
[attachment=129424] R@ Ch3l@
. jW+\mIX
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? <hazr KUn
如果空间频率太高，制造技术可能会出现问题。 W Z`u"t^2V
打开 MMA对话框。 ^\:"o
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 $|-joY
Object point (物体坐标)设定为 0， ?v?b%hK!;
光线网络 CREC 设置为网格 7， S?n, O+q
数字化输出， ^y"5pf SR
绘制图表。 ,tBb$T)7<
[attachment=129425] k !- (Qfz
luAmq+
这是一个表面光栅的分布图。 w4w[qxV>
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? \UZlFE
[attachment=129426] H0tj Bnu
= rDoXm
在 PANT 文件中添加一个变量: b`M 2VZu
VY 5 RAD Bbk=0+ ^8I
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: ;s
m )f
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ]Q-*xho
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 X}Hea qn
最后的优化宏文件可以评论区留言获取 'o41)p
光通量 [attachment=129427] 光栅分布 [attachment=129428] P:,@2el
^]_[dqd
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。 e%_2n=p~)%
镜片表面高斯光强分析 p2Yc:9r9+A
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. =y)e&bj
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE Hg<d%7.
S[g{
)p)
G
92\` Q
Y#[jDS(ip
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。） Xtv^q> !
它有着预期的高斯分布的形状。 vhe[:`=a
现在对表面 6也进行相同的操作。 n1D,0+N=
输入： "_!D
b&AH
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE {*!L[)
非常均匀水平的光强分布。 a B(_ZX'L
[Aqy%mbG
[attachment=129430] DMASK 图像 [attachment=129431]
7{0; <@
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 |^: A,%>
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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