[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]

1.概述 *TI?tD  
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。 mW{>  
z5~W >r  
初始宏文件可以评论区留言获取 Suo$
wZ7J  
nP*%N|0  
cL03V?} ~  
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。 k 9z9{  
1(:!6PY  
mK"s*tD  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标： {i8zM6eC  
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。 gJrWewEe  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果： @@{5]Y  
Kr|.I2?"  
,5ZQPICF  
q-_!&kDK"  
以上展示部分命令，这其中， NV9JMB{q  
OBG 的物是高斯光束. Z(Y:  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. h4F%lGot  
NIbK3`1  
y35~bz^2  
这是最初的设计，效果并不是十分理想 w=rD8@  
原因如下： gM=:80  
1.光束被扩大了但是并不准直。 &{+0a[rN  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 qdv O>k3  
=EA:fq  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 qz (x  
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。 2ag8?#  
s<k2vbhI  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? i 61k  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 ,J!$Q0e  
HELP USS HDZl
;=  
然后找到类型16。 {$yju_[  
uh2_Rzln  
kV5)3%?  
"2sk1  
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。 Q1?*+]  
9jEH"`qqk  
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 rZaO^}u]  
YE{t?Y\5  
]SRpMZ  
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? wB \`3u4  
如果空间频率太高，制造技术可能会出现问题。 (uDd_@a9t  
打开 MMA对话框。 q^EY?;Y  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 N
Id.TaXh  
Object point (物体坐标)设定为 0， E BBd  
光线网络 CREC 设置为网格 7， 23>[-XZb[O  
数字化输出， Tsa]SN14  
绘制图表。 wT::b V{  
)(-;H|]?  
u YT$$'
S  
这是一个表面光栅的分布图。 bG@2f"  
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? T:Klr=&V  
/YF:WKr2  
e}d(.H%l0  
在 PANT 文件中添加一个变量: X V;j6g  
VY 5 RAD Kmx^\vDs  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: '=fk;AiQ  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 Op?"G  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 B<m0YD?>~>  
BrwC9:  
RK|*yt"f"  
%g.cE}^  
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。 AO|9H`6U6F  
6xJffl  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. &EQhk9j  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE Rxd4{L )n  
PKSfu++Z  
4#03x:/<\  
c!4F0(n4  
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。） 4r1\&sI$~  
它有着预期的高斯分布的形状。 GN(<$,~g  
现在对表面 6也进行相同的操作。 `9J9[!+!`  
输入： r%ES#\L6+|  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE iT4*~(p 3  
非常均匀水平的光强分布。 1Qf}nWy  
TD}<U8I8_  
H,X|-B  
K?!qNK  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 &HM-UC|  
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。