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
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。

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[attachment=129419]

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。

2.1设计要求

下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标：
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。
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果：

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[attachment=129420]

以上展示部分命令，这其中，
OBG 的物是高斯光束.
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE.

得到的初始结构如下：

[attachment=129421]

这是最初的设计，效果并不是十分理想
原因如下：
1.光束被扩大了但是并不准直。
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。

优化

DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。
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。

改变高阶项

应该怎样确定改变哪个 G 变量?
所有的一切只需要按几下按键. 输入
HELP USS
然后找到类型16。

[attachment=129422]

优化结果

[attachment=129423]

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。

光通量

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

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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?
如果空间频率太高，制造技术可能会出现问题。
打开 MMA对话框。
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。
Object point (物体坐标)设定为 0，
光线网络 CREC 设置为网格 7，
数字化输出，
绘制图表。

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这是一个表面光栅的分布图。
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?

[attachment=129426]

在 PANT 文件中添加一个变量:
VY 5 RAD
然后再 AANT 文件加入一个新的像差:
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。

最后的优化宏文件可以评论区留言获取

光通量

[attachment=129427]

光栅分布

[attachment=129428]

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。

镜片表面高斯光强分析

现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布.
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE

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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。）
它有着预期的高斯分布的形状。
现在对表面 6也进行相同的操作。
输入：
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE
非常均匀水平的光强分布。

[attachment=129430]

DMASK 图像

[attachment=129431]

这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。
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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