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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 /I".n]  
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。 tAYu|\]  
va#~ \%`  
初始宏文件可以评论区留言获取 BKVvu}V(o  
[attachment=129419]
>(d+E\!A  
.KK"KO5k  
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。 &/Tx@j^.C  
Q_M2!qj  
2.1设计要求
ezHj?@  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: xR;Xx;  
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。 3nR|*t;  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: C^l) n!fq  
初始宏文件可以评论区留言获取
-+?0|>Nh  
[attachment=129420]
2lXsD;[  
S.M< (  
以上展示部分命令,这其中, ZtDHN L  
OBG 的物是高斯光束. 1AA(qE  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. 'pZ~3q  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
5%,n[qj4IT  
y\)bxmC  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 AGOK%[[Ws  
原因如下: %Sxy!gGz%%  
1.光束被扩大了但是并不准直。 e#&[4tQF  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 vWzNsWPK"{  
优化
ZL~}B.nqS  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 Zw"6-h4  
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。 E/AM<eN  
改变高阶项
s9O] tk  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? $3"0w   
所有的一切只需要按几下按键.  输入 qF( ]Ce  
HELP USS 7Zr jU {  
然后找到类型16。 !A!zG)Ue<  
[attachment=129422]
]P]lG-  
优化结果
[attachment=129423]
h'T\gF E%  
j:U>V7Kn3~  
还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 @yobT,DXi  
光通量
 '6 w|z^  
透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 eYR/kZ %<  
[attachment=129424]
bu@Pxz%_  
_%<7!|"  
得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? j>0S3P,  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 w&C SE  
打开 MMA对话框。 d5sG t#   
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 Ia>qVM0  
Object point (物体坐标)设定为 0, o)1wF X  
光线网络 CREC 设置为网格 7, qWQJ>  
数字化输出, |(y6O5Y.  
绘制图表。 {jlm]<:&Z  
[attachment=129425]
o{>hOs &  
1~Pht:,t  
这是一个表面光栅的分布图。 Oi l>bv8  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? X2sK<Qluql  
[attachment=129426]
Uf_w o  
&QCqaJ-  
在 PANT 文件中添加一个变量: w&f29#i;b  
VY 5 RAD *7!}[ v_  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: P`U5kNN  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 0r+-}5aSl5  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 @LwhQ  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
`EWeJ(4Z@  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
B[b'OtH  
( B50~it  
现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 @,zBZNX y  
镜片表面高斯光强分析
/Rt/Efu  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. T_YN^za(q  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE vi lNl|  
8|yhe%-O  
[attachment=129429]
SOP= X-6f  
Hi.JL  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) 9f BD.9A  
它有着预期的高斯分布的形状。 t7)Y@gRy  
现在对表面 6也进行相同的操作。 nc$?tC9V  
输入: _)%4NjWKk  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE [C7:Yg7  
非常均匀水平的光强分布。 xbn+9b  
:q6hT<f;  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
*%8,G'"r?  
(v(_ XlMK  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 )%#hpP M^  
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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