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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 {N'<_%cu  
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。 6)[gF 1  
u5rHQA0%  
初始宏文件可以评论区留言获取 -W.bOr  
[attachment=129419]
S:{`eDk\A_  
DW >|'w%  
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。 L7PM am  
Yx':~  
2.1设计要求
(g3@3.Kk)  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: k<QZ_*x}G  
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。 vu|-}v?:  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: xFp?+a  
初始宏文件可以评论区留言获取
W,bu=2K6  
[attachment=129420]
V(P 1{g  
0P^&{ek+)  
以上展示部分命令,这其中, Y[. f`Ei2  
OBG 的物是高斯光束. bmI6OIWl  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. dLtmG:II  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
*yqke<o9)  
^F g!.X_  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 O6$n VpD3  
原因如下: .Zm de*b  
1.光束被扩大了但是并不准直。 >gf,8flgj  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 h )h%y)1  
优化
+O!4~k^  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 pIl[)%F  
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。 6ac_AsFK  
改变高阶项
$ 9 k5a  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? 8/ zv3.+[  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 wj 15Og?  
HELP USS 0;tu}]jnN  
然后找到类型16。 J!d=aGY0-  
[attachment=129422]
d5#z\E??  
优化结果
[attachment=129423]
&}!AjA)  
3T~DeqAyw  
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。 3,)[Q?nKD  
光通量
:Ny^-4-N  
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 9\!=i  
[attachment=129424]
;"JgNad  
L3Ivm :  
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? !dOpLUh l  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 z yrjb 8  
打开 MMA对话框。 +c' n,O~3  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 l0=VE#rFl  
Object point (物体坐标)设定为 0, 9v?rNJs  
光线网络 CREC 设置为网格 7, _71&".A  
数字化输出, Mw|lEctN0  
绘制图表。 JQ9+kZ  
[attachment=129425]
j9f[){m`  
DqA$%b yyE  
这是一个表面光栅的分布图。 lY[\eQ 1:  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? Wn&9R j  
[attachment=129426]
[BKOK7QK|  
K)GpQ|4:<  
在 PANT 文件中添加一个变量: aEn*vun  
VY 5 RAD gf70 O>E  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: *0x!C8*`Xe  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 gUH|?@f  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 qJ[wVNHh!  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
lw _@(E]E  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
dpcU`$kt  
RmJ|g<  
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。 Uj^Y\w-@Z  
镜片表面高斯光强分析
%e+{wU}w?2  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. py$i{v%  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE ]-jaIvM  
Mo]aB:a  
[attachment=129429]
[~ !9t9+~  
J3hhh(  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) th}&|Y)T2  
它有着预期的高斯分布的形状。 /$^SiE+N  
现在对表面 6也进行相同的操作。 J|C CTXT  
输入: )}@Z*.HZL  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE )i[K1$x2  
非常均匀水平的光强分布。 o.wXaS8  
\_MWZRMc5  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
7>f)pfLM  
,qj M1xkL$  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 .F3~eas  
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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