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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 m+UdT854  
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。 ar|[D7Xrq\  
)'~FDw\6  
初始宏文件可以评论区留言获取 x,dv ~QU  
[attachment=129419]
pxx(BE  
Oy&'zigJ  
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。 <^Tj}5 )n  
02[II_< 1  
2.1设计要求
zf~zYZSr  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: 5KR|p Fq  
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。 O:)IRB3  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: g-FZel   
初始宏文件可以评论区留言获取
>G2-kL_  
[attachment=129420]
]Qr8wa>Z  
EC'bgFe  
以上展示部分命令,这其中, ai4^NJn  
OBG 的物是高斯光束. \<B6>  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. m!60.  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
MF}Lv1/[-J  
Ba0D"2CgY  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 kVnyX@  
原因如下: l|A8AuO*?  
1.光束被扩大了但是并不准直。 sjgR \`AU  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 }!V<"d,!  
优化
:, [ !8QP  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 +3>/,w(x  
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。 zI!R-Nb  
改变高阶项
QV$dKjMS  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? q&Wwt qc9  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 K)&XQ`&  
HELP USS W;dzLgc  
然后找到类型16。 [E (M(w':  
[attachment=129422]
[V, ;X  
优化结果
[attachment=129423]
O^weUpe\  
NB5B$q_'#  
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。 Wmxw!   
光通量
)]> '7] i  
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 }#*zjMOz  
[attachment=129424]
a=.db&;vY  
NoZ4['NI\  
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? OW}j4-~wL  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 h) PB  
打开 MMA对话框。 MZW Y  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 f^sb0nU  
Object point (物体坐标)设定为 0, Y~hd<8 ~  
光线网络 CREC 设置为网格 7, irb.F>(x  
数字化输出, RK:sQWG  
绘制图表。 X1[R*a/p  
[attachment=129425]
ioa_AG6B  
UN?T}p- oF  
这是一个表面光栅的分布图。 7TPLVa=hO  
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? *2 $m>N  
[attachment=129426]
"rDzrz  
[I<'E LX  
在 PANT 文件中添加一个变量: T.P Z}4  
VY 5 RAD 8tRh V2  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: :'rZZeb'  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 Qn)[1v  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 TgE.=`"7  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
YZ:'8<  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
RyQ\5^z  
o p5^9`"  
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。 `(Q_ 65y  
镜片表面高斯光强分析
\]#;!6ge  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. C\ 2 >7  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE `{Di*  
K^& ]xFW  
[attachment=129429]
*o\Y~U-so  
zV(tvt  
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。) V<NsmC=g  
它有着预期的高斯分布的形状。 l^y?L4hg)  
现在对表面 6也进行相同的操作。 UNcJ=   
输入: HD8"=7zJk  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE IfmIX+t?  
非常均匀水平的光强分布。 8j+:s\  
19w,'}CGk  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
{9|$%4kRl  
Iam-'S5  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 m57tO X  
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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