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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 ;U7t  
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。 bX{PSjD  
mh8nlB  
初始宏文件可以评论区留言获取 KgU[  
[attachment=129419]
qS82/e)7  
L&HzN{K  
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。 WFdem/\kX  
)`RZkCe  
2.1设计要求
2o}8W7y  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: ]}_,U!`8  
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。 p,^>*/O>  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: fW[.r==Kf  
初始宏文件可以评论区留言获取
-AeHY'T  
[attachment=129420]
"b;k.Fx  
(QhAGk&lu  
以上展示部分命令,这其中, |vN$"mp^a  
OBG 的物是高斯光束. e)og4  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. F~P/*FFK  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
s @3 zx  
Es,0'\m&  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 Xa\]ua_  
原因如下: L%4tw5*N  
1.光束被扩大了但是并不准直。 &:,fb]p  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 !j'guT&9]  
优化
 A8`orMo2  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 -*5yY#fw}  
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。 k dUc&  
改变高阶项
M%77u=m  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? 2f /bEpi  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 $o: :PDQ?  
HELP USS ,P1G ?,y  
然后找到类型16。 {)GQV`y  
[attachment=129422]
m R"9&wq  
优化结果
[attachment=129423]
]n/jJ_[  
9Z}S]-u/  
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。 ;+! xZOmm  
光通量
Z'Zd[."s  
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 HJ(=?TU  
[attachment=129424]
;vZ*,q6  
Zr~"\llk  
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? K T"h74@  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 Oym]&SrbS  
打开 MMA对话框。 ~c'\IM  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 NdaM9a#TZ  
Object point (物体坐标)设定为 0, W'8J<VBD  
光线网络 CREC 设置为网格 7, qRWJ-T:!F  
数字化输出, y0lLFe~  
绘制图表。 il<gjlyR]L  
[attachment=129425]
d u _O}x  
agGgJ@  
这是一个表面光栅的分布图。 </~1p~=hAt  
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? Gf!t< =T   
[attachment=129426]
Ni/|C19Z  
vQE` c@^{  
在 PANT 文件中添加一个变量: h/w]  
VY 5 RAD WIhIEU7/  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: #zh6=.,7  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 1 / F<T  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 &FT5w T  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
9iiU,}M`j  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
YeR7*[l  
Iht mD@H}  
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。 m3x!*9h  
镜片表面高斯光强分析
t>fA!K%{  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. })Ix .!p  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE xUV_2n+  
$,!dan<eA  
[attachment=129429]
KI^q 5D ?  
ZC>`ca  
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。) ?^F*"+qI  
它有着预期的高斯分布的形状。 ~M|NzK_9  
现在对表面 6也进行相同的操作。 $L $j KNwf  
输入: Jc9@VxWY  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE ^*j[&:d  
非常均匀水平的光强分布。 `Nxo0Q  
@8T Vr2uy  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
mCZF5r  
vUA)#z<  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 |^>L`6uo  
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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