SYNOPSYS 光学设计软件课程八十一：变倍激光扩束器
一.概述 rf} @16O$'
l:' 0
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。 b-'T>1V
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类： %8U/!(.g
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； 2kG(\+\
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。 fLGZ@-qA0
[attachment=129808] c%?31 t
二.设计要求 Y B;q5[
WR5@ S&fU`
y~16o
波长：632nm $C&y-Hnar
变倍比：1-10X Ln&'5D#
入射光束直径：<=5mm |"gg2p
出射光束直径:<=50mm S9cAw5E(yN
总长<200mm n:TW Z.9
设计确保从全孔径出射的光线与光轴之间的角度小于0.03° [.ya&E)x
|{STkV]
利用SYNOPSYS中自带的ZSEARCH功能，ZSEARCH与DSEARCH一样，都能够自动按照给定的初始条件，对初始结构进行搜索，列出10个最佳的初始结构。 z c1y)s0G
阅读 HELP ZSEARCH可以帮助您快速的了解ZSEARCH的使用细节。 Bsr; MVD
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果： htgtgW9
^P
F=T} ;b
初始宏文件 请评论留言获取 H!H&<71-
运行搜索宏可以得到10个初始结构 7,^.h<@K
[unK5l4_!
[attachment=129809] zYCS K~-GW
选取一个最佳结构进行下一步的分析。 KR49Y>s<
`jI$>{oa
[attachment=129810] cN{(XmX5 n
q3_ceXYU
W UN|,P`b
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。 Xc>M_%+ R
o+}>E31a
[attachment=129811] [attachment=129812] [attachment=129814] （图一 出入射光线10、6、1倍变倍比） .m;5s45O{
[attachment=129815] [attachment=129816] [attachment=129817] qD] &&"B
（图二 3D绘图10、7、5、1倍扩束） mi`jY0e2
此处给出10、6、1变倍比图样。 w$`[C+L
再在命令行窗口中输入SPEC，查看镜头参数。 i(hL6DLD
Qp?+G~*
[attachment=129818] ^KlW"2:
z\kiYQ6kA
T09 'qB
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： ;z Qrree#
[attachment=129819] P{2ue`w[
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： )iU @P7W=
]cKxYX)J
[attachment=129820] XCP/e p
三.总结 G\PFh&
K{vn[}
该镜头所有指标已经基本满足要求，使用了8片透镜。
|