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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 Pph8"`mv.m  
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。 Df:7P>  
)1nCw  
初始宏文件可以评论区留言获取 _pko]F|()  
[attachment=129419]
s~X*U&}5  
o?mXxL)  
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。 Tb1}XvZ  
fCf#zV[  
2.1设计要求
!_-sTZ  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: I,4-  
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。 R=9~*9  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: + i@yZfT  
初始宏文件可以评论区留言获取
?t0zsq  
[attachment=129420]
B5,QJ W*  
yC 7Vb P  
以上展示部分命令,这其中, "G9'm  
OBG 的物是高斯光束. IgVo%)n  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. G9n /S=R?  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
hQ}7Z&O  
}{wTlR.]  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 ,)rZAI  
原因如下: r ctSS:1  
1.光束被扩大了但是并不准直。 yOUX E>-  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 2@R8P~^W  
优化
me:|!lI7YU  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 Fb|e]?w  
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。 ?7kV+{.  
改变高阶项
vf'cx:m  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? 8S1P&+iKs  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 UhSh(E8p>  
HELP USS J(EaE2  
然后找到类型16。 EN-H4F  
[attachment=129422]
o\]: !#r{T  
优化结果
[attachment=129423]
d]7|v r]  
k)5_1y  
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。 9jMC |oE  
光通量
?H[5O+P[  
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 xv$)u<Ve  
[attachment=129424]
Z[k#AgC)  
6/[Z178m  
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? (lN;xT`=  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 L`jB)wF /J  
打开 MMA对话框。 UEEBWzH  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 xi?P(s A  
Object point (物体坐标)设定为 0, lHcZi  
光线网络 CREC 设置为网格 7, WO.0K5nfk  
数字化输出, ;v,9 v;T  
绘制图表。 $AA~]'O>6:  
[attachment=129425]
8 _4l"v p  
<o&o=Y8  
这是一个表面光栅的分布图。 h"u<E\g  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? dU ,)TKQ  
[attachment=129426]
>P\h,1  
.Na&I)udX.  
在 PANT 文件中添加一个变量: Q(IJD4  
VY 5 RAD ShWHHU(QQ  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: (!ZQ  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 <AI>8j6#B  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 w.J%qWJq  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
!Tn0M;  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
"WYA  
ptV4s=G2  
现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 :cc[Jco@w  
镜片表面高斯光强分析
Kajkw>z  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. 0).fBBNG  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE y$IaXr5L  
(TEo_BW|+  
[attachment=129429]
LkJ$aW/  
45x,|h[F{5  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) j|VXC(6 P,  
它有着预期的高斯分布的形状。 L]k*QIn:h  
现在对表面 6也进行相同的操作。 -|m$YrzG  
输入:  6Xdtr  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE %{R _^Y8t  
非常均匀水平的光强分布。 2c}B  
 9t{|_G  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
{ EA2   
w$gS j/  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 )K{o<m~WAo  
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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