SYNOPSYS 光学设计软件课程八十一：变倍激光扩束器
一.概述 t]B`>SL3W
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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。 YIN* '!N
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类： (6f D5XtS
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； %p \ ~
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。 |E6Thvl$
[attachment=129808] Y$OE[nGi%X
二.设计要求 %g?M?D8Ud3
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波长：632nm 5B~]%_gZr
变倍比：1-10X nzbVI
入射光束直径：<=5mm Yv1yRoDv
出射光束直径:<=50mm K -'uE)
总长<200mm >_Tyzl>z
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° |K. I%B
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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。 %|4Kak]: Q
阅读 HELP ZSEARCH可以帮助您快速的了解ZSEARCH的使用细节。 %0&,_jM/9
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果： O}C* weU
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初始宏文件 请评论留言获取 =o~mZ/ 7=M
运行搜索宏可以得到10个初始结构 TTO8tT3[6}
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[attachment=129809] +_X*one
选取一个最佳结构进行下一步的分析。 K7s[Fa6J
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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。 q"269W:
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[attachment=129811] [attachment=129812] [attachment=129814] （图一 出入射光线10、6、1倍变倍比） _o w7E\70
[attachment=129815] [attachment=129816] [attachment=129817] -I4@6v E,
（图二 3D绘图10、7、5、1倍扩束） ;~1xhpTk
此处给出10、6、1变倍比图样。 oHfr
glGX
再在命令行窗口中输入SPEC，查看镜头参数。 `j3 OFC{7E
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[attachment=129818] +L=Xc^
R o{xprE1
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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： jcC"vr'u|
[attachment=129819] jjrE8[
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： Kf?:dF
Xtz29
[attachment=129820] p! k ~uf U
三.总结 |)d%3s\
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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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