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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程十三:带有Kinoform镜头的激光扩束器 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2018-09-07
    — 本帖被 cyqdesign 从 光学理论,设计与产业化 移动到本区(2018-12-29) —

    在第11课中,您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器,并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。 第12课采用相同的设计,使用两个非球面元件,效果极佳。 本课程将证明您可以使用DOE(衍射光学元件)。

    目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10%以内的光束。

    这是我们初始的输入文件:

        RLE                ! Beginning of lens input file. 。

        ID KINOFORM BEAM SHAPER

        WA1 .6328               ! Single wavelength

        UNI MM           ! Lens is in millimeters

        OBG .35 1          ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point.

        1    TH 22          ! Surface 2 is 22 mm from the waist .

        2    RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog

        SF6

        3    TH 20          ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element

        3 USS 16          ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE)

        CWAV .6328      ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt

        HIN 1.7988 55      ! Assume the zones are machined into the lens.  You can also apply  ! a film of a different index.

        RNORM 1

        4 TH 2 GTB S

        SF6

        4 USS 16

        CWAV .6328

        HIN 1.7988 55

        RNORM 1

             ! The first side of the second element is also a DOE

        5 CV 0 TH 50      ! Start with a flat surface

        7               ! Surfaces 6 and 7 exist

        AFOCAL           ! because they are required for AFOCAL output.

        END           ! End of lens input file.

    我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统

    光束被扩展但没有准直,并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先,让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro:

        PANT      ! Start of variable parameter definitions.

        RDR .001     ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY

        2 RAD

        VLIST TH 3  ! Vary the airspace

        VY 3 G 26     ! Vary term Y**2,

        VY 3 G 27     ! Y**4,

        VY 3 G 28     ! and Y**6

        VY 4 G 26     ! Do the same at surface 4

        VY 4 G 27

        VY 4 G 28

        END

        AANT           ! Start of merit function definition

        AEC

        ACC

        LUL 150 1 1 A TOTL      ! Prevent the system from growing too large

        M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5     ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5

        M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6

            M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6

        M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6

        GSO 0 .1 10 P           ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays,

        GSR 0 100 10 P          ! and some transverse aberrations too.

        END                ! End of merit function definition.

        SNAP

        SYNO 40

    这个PANT文件改变了一些通用的G变量,我们在上一课中使用它来改变镜头元件上的一些非球面系数项。 但在这种情况下,表面已经被定义为USS类型16,这是一个简单的DOE表面,因此这些选项改变了定义该形状的系数。 (键入HELP USS以了解您可用的形状以及G系数如何应用于它们。)

    我们运行这个宏,镜头看起来很有希望。 所以我们再次运行它然后模拟退火几个周期。

    结果变得更好了。 我们尝试改变一些高阶系数。 我们在两个DOE上添加新系数,最高为G 31,即Y ** 12系数。 重新优化后,镜头看起来大致相同,但评价函数下降到3.13E-7。 看起来结果收敛了!

    光通量如何随孔径变化? 我们输入命令

        FLUX 100 P 6

    并得到一条美丽的曲线,几乎是直的,显示在左下方。

    这确实是一个很好的设计。 现在的问题是,可以被加工吗? 表面4的空间频率是多少? 如果它太高,制造技术可能会遇到麻烦。 我们打开MMA对话框以选择MAP命令的输入。 我们选择一个HSFREQ over PUPIL的图,对象为POINT 0,而raygrid CREC的网格为7,DIGITAL输出和PLOT。 结果显示在镜片边缘右侧,下方的频率为99.43 c / mm。

    10微米/周期,这是可以制作的,但不容易被加工。 我们可以减少到50 c / mm吗? 我们将变量5 RAD添加到变量列表中,并为AANT文件添加新的像差:

        M    50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4

    程序现在控制表面4上的频率。我们重新优化,现在表面5略微凸起,4上的空间频率正好在50 c / mm。 光通量均匀性与以前一样好。 任务完成!

    我们做得怎么样? 在光束重构之前,运行DPROP命令,检查曲面3处的轮廓。 这显示了该点处光束的高斯分布。

        DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE

    现在在表面上6做同样的事情。

    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE

    下面是生成的系统的RLE文件,如果评估它,可以将其复制并粘贴到编辑器中:

        RLE

        ID KINOFORM BEAM SHAPER

         FNAME 'L13L1.RLE                                         '

         MERIT   0.270980E-05

         WA1 .6328000

         WT1 1.00000

         APS               1

         AFOCAL

         UNITS MM

         OBG   0.35000000       1.0000000

        0    AIR

        1    CV      0.0000000000000   TH     22.00000000 AIR

        2    RAD     -0.8227781050995   TH      2.00000000

           2 N1 1.79881710

           2 CTE   0.810000E-05

        2    GTB S    'SF6             '

        3    CV      0.0000000000000   TH     74.00214849 AIR

           3 USS  16

         CWAV        0.632800

         HIN        1.798800       55.000000

           RNORM    1.00000

           3 XDD  1   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00

           3 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00

           3 XDD  3   2.6875641E+02  5.7065730E+01 -4.1566734E+01  2.8677115E+01 -1.6241740E+01

        3    XDD  4   4.7211923E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00

        4    CV      0.0000000000000   TH      2.00000000

           4 N1 1.79881710

           4 CTE   0.810000E-05

           4 GTB S    'SF6             '

           4 USS  16

         CWAV        0.632800

         HIN        1.798800       55.000000

           RNORM    1.00000

           4 XDD  1   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00

           4 XDD  2   0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00

           4 XDD  3   5.6803879E+00 -9.1936550E-03  6.0997390E-04 -5.7203063E-05  2.2090382E-06

        4    XDD  4  -3.5824860E-08  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00

        5    RAD   -159.6274584523634   TH     50.00000000 AIR

        6    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR

        7    CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  END

    [ 此帖被optics1210在2019-01-24 10:42重新编辑 ]
     
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