| 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 LDc?/
Z1
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。 : 7>o Fz
K2|2Ks_CS
初始宏文件可以评论区留言获取 j*Uz.q?
[attachment=129419] u a%@Ay1|
oN({X/P2j
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。 Cw$ 0XyO
1*U)\vK~
2.1设计要求 RGg=dN
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标： MD|T4PPz,}
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。 A S5' j
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果： 3EkCM_]
初始宏文件可以评论区留言获取 h @AKfE!\~
[attachment=129420] v'RpsCov
#K# BNpG|
以上展示部分命令，这其中， 4|U$ON?x
OBG 的物是高斯光束. Jt ++3]
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. ?qC6p|H
得到的初始结构如下： [attachment=129421] 0{Uc/
F+@ / "1c
这是最初的设计，效果并不是十分理想 Z=ZTSl
原因如下： QQI,$HId
1.光束被扩大了但是并不准直。 Fc&3tw"g
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 qTZ\;[CrP"
优化 +}VaQ8ti4
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 2J dzeJb
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。 6C' W
改变高阶项 %plu] ^Vy
应该怎样确定改变哪个 G 变量? |VX )S!
所有的一切只需要按几下按键. 输入 #B2a ?
HELP USS )d~{gPr.
然后找到类型16。 kz_gR;"(Z
[attachment=129422] zEVQ[y6BcM
优化结果 [attachment=129423] 6.Jvqn
B%7Az!GX
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。 HOaNhJ{7D
光通量 +$}3=n34)
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 I=[Ir8} ;
[attachment=129424] Z)&!ZlM
@>fsg-|
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? _jb' HP
如果空间频率太高，制造技术可能会出现问题。 k=W~ot &
打开 MMA对话框。
dzQs7D}
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 K <rv|bJ
Object point (物体坐标)设定为 0， 9r. h^
光线网络 CREC 设置为网格 7， H@xHkqan
数字化输出， v!`:{) 2C
绘制图表。 yJK:4af;.
[attachment=129425] 5,\-;
%lk^(@+ T
这是一个表面光栅的分布图。 9])Id;+91
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? A` ~R\ j
[attachment=129426] nR]*RIp5
W:maE9E=
在 PANT 文件中添加一个变量: ) IVk4|
VY 5 RAD $Ge0<6/
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: EQWRfx?d
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 0u;a*#V @
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 #iKPp0`K*
最后的优化宏文件可以评论区留言获取 Z9G4in8
光通量 [attachment=129427] 光栅分布 [attachment=129428] {'Y()p3kl
7W'&v+\
现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 ZO!h!2*
镜片表面高斯光强分析 &MZ{B/;;H
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. )K8 ^}L,
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 4_ D
*xW
.-'_At4g
l 88n*O
]=o1to-
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, （在通过第二个DOE之前。） ;Fo7 -kK
它有着预期的高斯分布的形状。 u6 QW*8b4
现在对表面 6也进行相同的操作。 We++ DWp
输入： !1ZItJ74#
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE H:EK&$sU
非常均匀水平的光强分布。 6j8\3H~
@SH[<c
[attachment=129430] DMASK 图像 [attachment=129431]
|}2/:f#Iz*
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 {qGX v@
I6
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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