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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 *6?mZ*GYY  
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。 PuJ3#H T  
VW\S>=O99  
初始宏文件可以评论区留言获取 -Rpra0o. C  
[attachment=129419]
LFax$CZc  
AIg4u(j  
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。 dx@dnWRT,  
NA0nF8ek  
2.1设计要求
8'*x88+  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: _^& q,S  
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。 gF,=rT1:>r  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: bny5e:= d  
初始宏文件可以评论区留言获取
_Q1p_sdg  
[attachment=129420]
0#WN2f, <:  
-FJ3;fP&  
以上展示部分命令,这其中, 94w)Yln  
OBG 的物是高斯光束. ^.6yzlY  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. ~LS</_N  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
C][$0  
!i t orSl  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 K) }1;  
原因如下: O.+J%],  
1.光束被扩大了但是并不准直。 dy_Uh)$$|g  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 'JOCL0FP  
优化
Z{B  e  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 w x]?D%l  
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。 E4% -*n  
改变高阶项
D\THe-Vtr  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? 8_}t,BC  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 d3c.lD)L9  
HELP USS SZW_V6\t>  
然后找到类型16。 <mFDC?j  
[attachment=129422]
J!l/.:`6  
优化结果
[attachment=129423]
` Tap0V  
jkL=JAcf~  
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。 *<sc[..)  
光通量
$rXCNew(  
透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 Es+I]o0K  
[attachment=129424]
!CU-5bpu  
yn\c;Z  
得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? Sh(ys*y>  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 + Tp% *  
打开 MMA对话框。  oE+P=  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 Q2 !GWz$  
Object point (物体坐标)设定为 0, ;d}>8w&tfy  
光线网络 CREC 设置为网格 7, FygNWI'  
数字化输出, Q#3}AO  
绘制图表。 Z;G*wM"  
[attachment=129425]
D\_nqx9O  
|J!mM<*K  
这是一个表面光栅的分布图。 8r(a wp  
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? W^8  
[attachment=129426]
iHhdoY[]  
7dY_b  
在 PANT 文件中添加一个变量: i(|u g_^  
VY 5 RAD x6,ozun  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: 5@xR`g-  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ]jD\4\M}  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 GM2}]9  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
a_c(7bQ  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
(e'8>Pv  
8n5~K.;<  
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。 B<I(t"s  
镜片表面高斯光强分析
D;P=\i>9-  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. #HgN wM  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE q%x i>H.:{  
2L&c91=wE  
[attachment=129429]
Z|C,HF+m.  
/[_aK0U3  
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。) 82@^vX  
它有着预期的高斯分布的形状。 ~Y`ys[Z m  
现在对表面 6也进行相同的操作。 =Smd/'`_  
输入: {3  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE N~flao^  
非常均匀水平的光强分布。 ?7NSp2aq2A  
 `vH|P  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
Pp } Z"  
_]*YSeh=  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 fJr EDj4(  
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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