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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 z+fy&NPl  
    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。 m k~F@  
    {'P?wv  
    初始宏文件可以评论区留言获取 ~A/vP-  
    Gf7r!Ur;g  
    FBi&M Z`  
    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。 </9c=GoJ  
    9-# =xE9'U  
    2.1设计要求
    Yh,,(V6  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: =f=>buD  
    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。 v*y,PY1*  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: % T$!I(L&  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    X.e4pLwGK  
    " u]X/ {L  
    +IGSOWL  
    以上展示部分命令,这其中, NHdNCHhA>-  
    OBG 的物是高斯光束. /xg1i1Et  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. aB&a#^5CI  
    得到的初始结构如下:
    Y qKQm+G  
    4fL>Ou[YuX  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 6[Mu3.T  
    原因如下: u~t%GIg  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 FLumI-se!  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 lE bV)&'  
    优化
    P`CQ)o  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 fob.?ID-;  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 rb.:(d)T  
    改变高阶项
    fn//j7 j  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? #cl|5jm+m#  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 bT:;^eG"  
    HELP USS ;k1VY Ie}  
    然后找到类型16。 1N.weey}W  
    K?S5C8  
    优化结果
    i1qmFvksl  
    d ~CZ9h  
    还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 CTB qX  
    光通量
    CrGDo9JdvT  
    透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 s|Vbc@t  
    E zU=q E  
    R"`<ZY6(Ou  
    得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? {us#(4O  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 |3EKK:RE  
    打开 MMA对话框。 T ^`R  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 4n\O6$&.x  
    Object point (物体坐标)设定为 0, \S#![NC  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, J.,7d ,  
    数字化输出, L# .vbf  
    绘制图表。 d-UQc2r  
    h],l`lT1\  
    2,6|l.WFpE  
    这是一个表面光栅的分布图。 ibuoq X`  
    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? UDgUbi^v|D  
    ]#O~lq  
    78zwu<ET  
    在 PANT 文件中添加一个变量: kSqMI'89  
    VY 5 RAD ?Hf8<C}3  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: ftqeiZ 2  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 hLSas#B>  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 g/z7_Aq/  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    w"FBJULzn9  
    光通量
    光栅分布
    V%w]HIhq  
    {dNWQE*\c  
    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。 WaDdZIz4  
    镜片表面高斯光强分析
    UNescZ  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. ^s3SzB@  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE fJOA5(  
    }FAO.  
    0(az80 p  
    -* piC(  
    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。) OO?BN!  
    它有着预期的高斯分布的形状。 ~&8bVA= .  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 /HM 0p  
    输入: 5tu 4uYp;  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE /U,;]^  
    非常均匀水平的光强分布。 wb (quu  
    :LMLY<8>9  
    DMASK 图像
    r=^?  
    +m1y#|08  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 $r/tVu2!W  
    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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