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小火龙果 2024-08-05 17:37

SYNOPSYS 光学设计软件课程八十一:变倍激光扩束器

一.概述 o+Fm+5t;  
K%1`LT5:~  
由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点,激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用(在实际应用或实验过程中,通常需要用到口径不一的准直激光光束。尤其是在实验操作过程中,每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路,不利于实验操作。因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。 7M Qh,J!"  
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类: J T6}m  
第一类是选用反射系统,此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束,常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。由于此类系统通常采用非球面镜片,并且是固定的扩束比,通常是单独设计某一类口径的光束。而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度,所以此类系统适合大倍率扩束的应用; /[E2+g  
第二类是选用透射式系统,此类系统是由两个或两个以上的透镜组成,常见的系统有开普勒系统和伽利略系统,由于此类系统结构简单,实际应用价值较高,所以具有小变倍比需求的系统可采用第二类方法。 934@Z(aUH  
[attachment=129808]
NuW6~PV  
二.设计要求 1)!2D?w  
`R!Q(rePx  
*Sps^Wl  
波长:632nm #HZ W57"  
变倍比:1-10X %<fs \J^k  
入射光束直径:<=5mm AG><5 }  
出射光束直径:<=50mm oX7_v_:J\R  
总长<200mm &hih p"  
设计确保从全孔径出射的光线与光轴之间的角度小于0.03° 3^5h:OaT  
6-FM<@H{  
利用SYNOPSYS中自带的ZSEARCH功能,ZSEARCH与DSEARCH一样,都能够自动按照给定的初始条件,对初始结构进行搜索,列出10个最佳的初始结构。 KW$.Yy  
阅读 HELP ZSEARCH可以帮助您快速的了解ZSEARCH的使用细节。 8:[ l1d86  
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果:  \>||  
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初始宏文件
请评论留言获取
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运行搜索宏可以得到10个初始结构 kW0ctGFYlf  
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[attachment=129809]
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选取一个最佳结构进行下一步的分析。 NF7  
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[attachment=129810] cg_ " }]Y1  
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31UxYBY  
点击右侧的模块,查看初始结构的变倍功能。点击光线追迹 >真实光线追迹 >执行也可以查看光线的放大情况。 ?d+ri  
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[attachment=129811]
[attachment=129812]
[attachment=129814]
(图一 出入射光线10、6、1倍变倍比)
[w!T  
[attachment=129815]
[attachment=129816]
[attachment=129817] &XCP@@T  
(图二 3D绘图10、7、5、1倍扩束)
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此处给出10、6、1变倍比图样。 O p1TsRm5L  
再在命令行窗口中输入SPEC,查看镜头参数。 ;" Aj80  
{{?MO{Mh*  
[attachment=129818] (V1;`sI8  
Jg)( F|>o  
(<rE1w2s:  
此时总长也满足设计要求,最终结果是否达到设计要求,我们还需要通过一些像质评价方法来评定,激光扩束系统常采用波像差对系统成像质量进行评价。初始结构波像差如图所示: fef y`J  
[attachment=129819]
^4NRmlb  
观察到波像差均方根在λ/5附近还较大,进行优化并模拟退火,最终得到波像图如图所示: \GQRpJ#h1  
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[attachment=129820]
   ]#W7-Q;]  
三.总结 Pm%5c\ef  
V'tR \b  
该镜头所有指标已经基本满足要求,使用了8片透镜。
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