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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 }zeKf/?'  
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。 d +eb![fi  
\jkDRR[  
初始宏文件可以评论区留言获取 u8y('\(  
[attachment=129419]
a5@lWpQsV  
SnO,-Rg  
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。 _@|_`5W  
1&kf2\S  
2.1设计要求
Gn10)Uf8X  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: FW<YN;  
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。 2b#> ~  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: 1b!5h  
初始宏文件可以评论区留言获取
<@@@Pl!~  
[attachment=129420]
6XeqK*r*  
k}{K7,DM  
以上展示部分命令,这其中, = &U7:u  
OBG 的物是高斯光束. sD<8-n  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. L=<,+m[!  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
k1FG$1.  
bqR0./V  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 OPKmYzf@b  
原因如下: 90$`AMR  
1.光束被扩大了但是并不准直。 9>5]y}.{  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 <,T#* fg  
优化
:4238J8  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 q]*:RI?wGT  
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。 ><;.vP  
改变高阶项
N%?8Bm~dP  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? j%*<W> O  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 l)1ySX&BU  
HELP USS @j4~`~8  
然后找到类型16。 9n".Q-V;k  
[attachment=129422]
:3*0o3C/  
优化结果
[attachment=129423]
}KrZ6cG9#  
Wuji'sxTs  
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。 ?DJ,YY9P  
光通量
|fm"{$u  
透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 -Ar 3>d  
[attachment=129424]
+wr 5&  
z#| tl/aP9  
得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? /E6 Tt  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 8,(5Q  
打开 MMA对话框。 3sGe#s%  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 4,R1}.?BzJ  
Object point (物体坐标)设定为 0, YPav5<{a  
光线网络 CREC 设置为网格 7, Ucok&)7-  
数字化输出, b*qC  
绘制图表。 o//PlG~  
[attachment=129425]
t) ~v5vr  
~ +z'pK~c  
这是一个表面光栅的分布图。 dCMWv~>  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? s|&2QG0'7  
[attachment=129426]
c7N`W}BZ  
}+f@$L  
在 PANT 文件中添加一个变量: >@d=\Kyu  
VY 5 RAD uBC*7Mkm  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: X<"W@  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 c=HL 6v<  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 )<jT;cT!&  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
Ow]c,F}^  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
[&FWR  
<)(STo  
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。 )zVD!eG_9  
镜片表面高斯光强分析
fM)RO7  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. dPRGL hWF  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE ]"M4fA  
/CN^">|_  
[attachment=129429]
fKAG+t  
eq\{*r"DCK  
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。) "VcG3.  
它有着预期的高斯分布的形状。 l2!4}zI2  
现在对表面 6也进行相同的操作。 1)M>vdrP  
输入: K]q OLtc  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE P A9 ]L  
非常均匀水平的光强分布。 a4! AvG  
cS ;hyLd  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
ghiFI<)VY  
%+9Mr ami  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 8a1G0HRQ  
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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