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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程七十五:衍射透镜设计激光光束整形器 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-07-17
    1.概述 Cv>o.Bp|  
    衍射透镜也被称为光学衍射元件,或者 DOE 类似于菲涅尔透镜, 有很多的倾斜的区块, 唯一不同的是区块的高度是通过计算得到的,用来让光线的相位变化刚好是一个波长或者是相位的一个周期。 0x11 vr!  
    { F'Kk\f%:  
    初始宏文件可以评论区留言获取 zOHypazOTq  
    o7TN,([W  
    l{:a1^[>y  
    所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。  cO\-  
    y8s!M  
    2.1设计要求
    ]&ixhW  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: 0l=+$& D  
    将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 E"%2)  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: 4"@GNk~e  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    ?f*Q>3S)  
    ewuXpv%vwW  
    K7e4_ZGI  
    以上展示部分命令,这其中, )i>[M"7  
    OBG 的物是高斯光束. \ A%eG&  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. ckjrk  
    得到的初始结构如下:
    PSRzrv$l  
    4Hb $0l  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 l;"Ab?P\  
    原因如下: 0Rz(|jlbS  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 Vvt  ;  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 W%e_~$H0  
    优化
    K9[e>  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 6*nAo8gl  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 $&Kq*m 0g  
    改变高阶项
    sVoW =4V8  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? QC0!p"  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 &[a Tw{2  
    HELP USS Q<6P. PTya  
    然后找到类型16。 |2`"1gt  
    -fgC" 2H  
    优化结果
    >Z Ke  
    85|fyX  
    还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 p<`+sf}A:  
    光通量
    WlV z,t'if  
    透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 6  P`)%zj  
    VW@ x=m  
    kax\h  
    得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? ~~F2Ij  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 -6=<#9R  
    打开 MMA对话框。 U>S`k6  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 aF8k/$u  
    Object point (物体坐标)设定为 0, m"-[".-l-  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, `C_'|d<HA  
    数字化输出, ]lS@}W\  
    绘制图表。 i2Jq|9,g  
    |%D%0TR&Q  
    8I+d)(:  
    这是一个表面光栅的分布图。 =l942p  
    边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? &hV Zx  
    {13!vS%5  
    b!$}ma;B  
    在 PANT 文件中添加一个变量: % *z-PT22  
    VY 5 RAD DB`QsiC)  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: ~^N]y b  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 b^`AJK  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 kII7z;<^`  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    -s__ E  
    光通量
    光栅分布
    WW "i  
    .~=HgOJ  
    现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 $v} <'  
    镜片表面高斯光强分析
    Nm]% }  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. Di=9mHC  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE qJ8-9^E,L  
    |G=[5e^s[  
    q]<xMg#nu  
    > %*B`oqo  
    这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) %*)2s,8  
    它有着预期的高斯分布的形状。 :#="%  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 |$hgT K[L  
    输入: A8?[6^%O|  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE X)uDSI~  
    非常均匀水平的光强分布。 ]UNZd/hIL  
    \gccQig1CJ  
    DMASK 图像
    Jp;k+ "<q  
    8&}~'4[b[$  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 'pP-rdx  
    如果 DOE 是通过光蚀刻制成的,这是要被成像到衬底上的底模。
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