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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 IwGqf.!.>  
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。 +cb6??H  
TW !&p"Us+  
初始宏文件可以评论区留言获取 v}WR+)uFQ  
[attachment=129419]
E .1J2Ne  
a^,(v  
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。 keRE==(D  
$d?.2Kg  
2.1设计要求
<dyewy*.L  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: d1[ZHio2c?  
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。 ;Eu3[[V  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: ZiLj=bh  
初始宏文件可以评论区留言获取
);-~j  
[attachment=129420]
V I% 6.6D  
r1RGTEkD  
以上展示部分命令,这其中, bLt.O(T}  
OBG 的物是高斯光束. % `Z! 4L  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. G "P4-  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
Fl(T\-Eu  
tHLrhH<w  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 YBh'EL}P  
原因如下: V|\7')Qq  
1.光束被扩大了但是并不准直。 CdL< *AH  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 1}~(Yj@f%  
优化
F5S@I;   
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 8QMPY[{   
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。 EJ2yO@5O  
改变高阶项
-*.-9B~u  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? arf8xqR-U]  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 $AHQmyg<  
HELP USS F2X0%te  
然后找到类型16。 J4Dry<  
[attachment=129422]
Y3Q9=u*5  
优化结果
[attachment=129423]
Y`?-VaY  
\6\<~UX^  
还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 X.:]=,aGW  
光通量
=hl}.p  
透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 NO :a;  
[attachment=129424]
!>:?rSg*  
y+7PwBo%e  
得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? L@fY$Rw  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 ?,/U^rf^4  
打开 MMA对话框。 3do)Vg4  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 B5$kHM%p  
Object point (物体坐标)设定为 0, m^qBx A  
光线网络 CREC 设置为网格 7, _o8 ?E&d  
数字化输出, hJPlq0C  
绘制图表。 m)oJFF  
[attachment=129425]
Z@r.pRr'  
K<>sOWZ'S  
这是一个表面光栅的分布图。 i&n'N8D@  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? Dwzg/F(  
[attachment=129426]
vhhC> 7  
l} qE 46EL  
在 PANT 文件中添加一个变量: "^Ybs'-  
VY 5 RAD A@Dw<.&_I  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: {26ONa#i  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 b5^OQH{v  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 V dn&c  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
eY e,r  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
x,'!eCKN  
N;[>,0&z  
现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 &y#r;L<9  
镜片表面高斯光强分析
=)7s$ p  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. I"`M@ %  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE M %Qt|@O  
R=KQ  
[attachment=129429]
iJ~Vl"|m  
Nr=d<Us9f  
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。) Km^&<3ch#  
它有着预期的高斯分布的形状。 ,`aq+K  
现在对表面 6也进行相同的操作。 e$pMsw'MJ  
输入: [ I/<_AT#  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE }RP @!=  
非常均匀水平的光强分布。 I&YSQK:b  
dc rSz4E|>  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
b3VS\[p  
n\Lb.}]1~  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 `Ry]y"K  
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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