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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 i37a}.;  
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。 G}?P r4Gj  
J!K/7u S  
初始宏文件可以评论区留言获取 EBL,E:_)  
[attachment=129419]
TLL[F;uZ  
9snyX7/!L  
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。 ^s(X VVA  
a a Y Q<  
2.1设计要求
f{ 4G  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: "/K&qj  
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。 Ag-?6v  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: Hb AMoow!  
初始宏文件可以评论区留言获取
hC 4X Y  
[attachment=129420]
Sc"4%L  
J&U0y  
以上展示部分命令,这其中, I}W-5%  
OBG 的物是高斯光束. x V 1Z&l  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. Q"K>ML>0  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
/&!d  
a^}P_hg}-  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 Z"%O&O  
原因如下: &_^*rD~  
1.光束被扩大了但是并不准直。 )6R#k8'ERr  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 ]gZ8b- 2O  
优化
Ccd7|L1  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 "KI,3g _V  
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。 NUNn[c  
改变高阶项
.]ZuG  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? I&NpN~AU  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 )!*M 71  
HELP USS 7D~O/#dcc  
然后找到类型16。 Rd1ku=  
[attachment=129422]
%WT:RT_  
优化结果
[attachment=129423]
a4CNPf<$  
(yTz^o$t|  
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。 A"3&EuvU  
光通量
[oN> :  
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 dVG UhXN6  
[attachment=129424]
a&c#* 9t{  
 T[[  
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? >dm._*M  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 Z a1|fB  
打开 MMA对话框。 #`L}.  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 _NqT8C4C  
Object point (物体坐标)设定为 0, ]GR q  
光线网络 CREC 设置为网格 7, WKJL< D ]:  
数字化输出, +G[HZ,FL  
绘制图表。 (cA|N0  
[attachment=129425]
`"b7y(M  
)~mc1 U`b  
这是一个表面光栅的分布图。 JTB~nd>  
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? 42LXL*-4  
[attachment=129426]
95 .'t}  
Vh2/Ls5  
在 PANT 文件中添加一个变量: Nu2]~W&  
VY 5 RAD <J }9.k  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: iE gM ~  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 SF7b1jr  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 32|L $o  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
@ h`Zn1;  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
r~fl=2>yQ  
nzJi)A./  
现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 K/d &c]  
镜片表面高斯光强分析
UpseU8Wo  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. Wk6&TrWlY  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE x&/Syb  
7`<? f O  
[attachment=129429]
S,9WMti4x  
@=#s~ 3  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) }ZVv  
它有着预期的高斯分布的形状。 f#Cdx"  
现在对表面 6也进行相同的操作。 .:!x*v  
输入: B:#0B[  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE L=w Fo^N  
非常均匀水平的光强分布。 !3 Z|!JY  
R/cq00g  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
lbU+a$  
"_@+/Iy.  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 ZV4' |q  
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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