SYNOPSYS 光学设计软件课程八十一：变倍激光扩束器
一.概述 ]OhiYU4
8LJ8
}%*
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。 O^PKn_OJ
目前激光扩束方法使用较为广泛的有两大类： u]wZQl#-
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； R+:yVi[F]U
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。 hR
n <em
[attachment=129808] m,28u3@r
二.设计要求 1# g2A0U,
L< S9
\& :nFb%=
波长：632nm %QH$ipM
变倍比：1-10X yF:1( 4
入射光束直径：<=5mm T~?Ff|qFC
出射光束直径:<=50mm P{`C^W$J^
总长<200mm ]]![EHi(\
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° g'f@H-KCD
@u+]aI!`-
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。 ldcqe$7,
阅读 HELP ZSEARCH可以帮助您快速的了解ZSEARCH的使用细节。 YDsb3X<0'
SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果： H vauyx5T
YMyfL8b O
初始宏文件 请评论留言获取 FkDmP`Od
运行搜索宏可以得到10个初始结构 }Bh8=F3O
Q
+ 480 l}
[attachment=129809] @IKYh{j4
选取一个最佳结构进行下一步的分析。 \sixI ;-2
#Pau\|e_
[attachment=129810] FXCMR\BsQ
Q} JOU
XW H5d-
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。 /62!cp/F/D
Gu,wF(x7A
[attachment=129811] [attachment=129812] [attachment=129814] （图一 出入射光线10、6、1倍变倍比） (/YHk `v2
[attachment=129815] [attachment=129816] [attachment=129817] ODN /G%l
（图二 3D绘图10、7、5、1倍扩束） &B;~
此处给出10、6、1变倍比图样。 (x|T+c"bAX
再在命令行窗口中输入SPEC，查看镜头参数。 EWt[z.`T1
rKc9b< Ir
[attachment=129818] }K>d+6qk5
]cvwIc ">
]q[D >6_
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： GA )`-*.R
[attachment=129819] b_krk\e@S
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： @bLy,Xr&
}#+^{P3 ;
[attachment=129820] gg/-k;@ Rf
三.总结 QL/(72K
Dpac^ST
该镜头所有指标已经基本满足要求，使用了8片透镜。
|