SYNOPSYS 光学设计软件课程八十一：变倍激光扩束器
一.概述 $y &E(J
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由于激光具有高亮度、单色性好和方向性好等特点，激光扩束准直系统在通信技术、激光扫描、切割、测量距离等领域被广泛应用(在实际应用或实验过程中，通常需要用到口径不一的准直激光光束。尤其是在实验操作过程中，每更换一个实验元件都需要重新调节整个光路，不利于实验操作。因此设计一个连续变倍的激光扩束系统是非常有必要的。 Wx}8T[A}
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类： T^t#
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第一类是选用反射系统，此类系统选用大口径的反射镜面来扩大激光光束，常见的系统有格里高利系统和卡塞格林系统。由于此类系统通常采用非球面镜片，并且是固定的扩束比，通常是单独设计某一类口径的光束。而且非球面在实际生产中存在较高的成本以及难度，所以此类系统适合大倍率扩束的应用； DB|Y
第二类是选用透射式系统，此类系统是由两个或两个以上的透镜组成，常见的系统有开普勒系统和伽利略系统，由于此类系统结构简单，实际应用价值较高，所以具有小变倍比需求的系统可采用第二类方法。 ~9]hV7y5C
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二.设计要求 Q#X8u-~
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波长：632nm M61 xPq8y5
变倍比：1-10X Su7?;Oh/yI
入射光束直径：<=5mm _$Yk M,
出射光束直径:<=50mm X,_2F Jv
总长<200mm .-c4wm}
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° nI-w}NQ
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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。 H>IMf/%5N-
阅读 HELP ZSEARCH可以帮助您快速的了解ZSEARCH的使用细节。 KIf dafRL
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果： w^|*m/h|@u
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初始宏文件 请评论留言获取 vhW2PzHFRi
运行搜索宏可以得到10个初始结构 oXh#a8
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选取一个最佳结构进行下一步的分析。 jyUjlYAAv`
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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。 Oi'5ytsES
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[attachment=129811] [attachment=129812] [attachment=129814] （图一 出入射光线10、6、1倍变倍比） QUc= &5 %
[attachment=129815] [attachment=129816] [attachment=129817] #ym'A N
（图二 3D绘图10、7、5、1倍扩束） /wEhVR` =
此处给出10、6、1变倍比图样。 v5#j Z $<F
再在命令行窗口中输入SPEC，查看镜头参数。 D9=KXo^
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[attachment=129818] HZC"nb}r4
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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： ghG**3xr
[attachment=129819] rNWw?_H-H(
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： zm5 ]J
u<t bbKM
[attachment=129820] WUe{vV#S'0
三.总结 +US !YU
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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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