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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 0oJ^a^|  
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。 {l11WiqQH  
Yz,!#ob$  
初始宏文件可以评论区留言获取 bGi_", 8  
[attachment=129419]
5p|@)  
-Wn.@bz6B  
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。 PM.SEzhm  
 b:QFD|  
2.1设计要求
|Hm'.-   
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: _tReZ(Vw  
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。 oGVSy`ku  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: NslA/"*  
初始宏文件可以评论区留言获取
UvZ@"El  
[attachment=129420]
mCt>s9a)H  
9sCk\`n  
以上展示部分命令,这其中, y9L#@   
OBG 的物是高斯光束. uT/B}`md  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. ]Z-oUO Z<k  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
~0-764%  
Uo}&-$B  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 GeaDaYh#T  
原因如下: b H?qijrC  
1.光束被扩大了但是并不准直。 Dw=Z_+J  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 1bJ]3\  
优化
B#6pQp$  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 MgQU6O<  
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。 & fSc{/  
改变高阶项
ij(4)=  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? GWInN8.5  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 bez'[Y{  
HELP USS !Gp3/<"Wy$  
然后找到类型16。 bfJ`}xl(8  
[attachment=129422]
q83~j `ZJ$  
优化结果
[attachment=129423]
U[QD!  
OJsd[l3xR  
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。 PGPbpl&\t  
光通量
7_40_kwJi  
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 ~'2r&?=\  
[attachment=129424]
[b.'3a++  
>I& jurU#  
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? q Iy^N:C2'  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 'K3 s4x($  
打开 MMA对话框。 0R}Sw[M.  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 \`/E !ub  
Object point (物体坐标)设定为 0, T5azYdzJy  
光线网络 CREC 设置为网格 7, "P'&+dH8  
数字化输出, %x6Ov\s2  
绘制图表。 w2d]96*kQe  
[attachment=129425]
nF<y7XkO  
#t@x6Vt  
这是一个表面光栅的分布图。 M7DLs;sD  
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? D*cyFAF  
[attachment=129426]
XalJo@%-  
7<:Wq=e!r  
在 PANT 文件中添加一个变量: }@14E-N=  
VY 5 RAD 'q92E(  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: adI!W-/R:  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 )@,90Vhh  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 t @(9ga(  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
l#b|@4:I  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
(9}eF)+O  
eOehgU5x  
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。 aZj J]~bO  
镜片表面高斯光强分析
*IWFeu7y  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. QtY hg$K3  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE {^cF(7p  
q#99iiG1  
[attachment=129429]
`z}vONXpAX  
#Pu@Wx  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) 5fu+rU-#  
它有着预期的高斯分布的形状。 +9zJlL^A%  
现在对表面 6也进行相同的操作。 0+}EA[  
输入: Z'Exw-ca  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE oWp}O?  
非常均匀水平的光强分布。 ]$~Fzs  
;%u_ ;,((  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
Q(|PZn g  
1E5a(  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 U~:N^Sc  
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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