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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 MP}-7UA#K  
    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。 { 1~]}K2  
    F3V:B.C  
    初始宏文件可以评论区留言获取 xJw" 8V<  
    hpQ #`rhn  
    gK~Z Ch  
    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。 . AA# G  
    P'iX?+*  
    2.1设计要求
    Q}Ah{H0C  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: B Hp>(7,  
    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。 j)G%I y[`  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: ;Mq'+4$  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    !.%*Tp#k#  
    Zz (qc5o,F  
    >/Z*\6|Zx#  
    以上展示部分命令,这其中, +|;Ri68  
    OBG 的物是高斯光束. ?#c "wA&  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. 8oU R/___  
    得到的初始结构如下:
    u gRyUny  
     DEu0Z  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 xN$V(ZX4  
    原因如下: Q65M(x+oy  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 l9/}fMi  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 k6DJ(.n'%a  
    优化
    _!|$i  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 {R(/Usg!=  
    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。 ;~ Xjk  
    改变高阶项
    ?lqqu#;8  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? >=rniHs=?7  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 u`B/9-K)y  
    HELP USS Tq* <J~-  
    然后找到类型16。 ZwxEcs+UM  
    b"@-9ke5I  
    优化结果
    9FC_B+7  
    _ \+0e:Ae  
    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。 #2\M(5d  
    光通量
    `r&Ui%fk;0  
    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 fFC9:9<  
    T__@hfT  
    ZH=Bm^  
    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? - A}$5/  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 dC4`xUv  
    打开 MMA对话框。 I|bX;l  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 r#j3O}(n  
    Object point (物体坐标)设定为 0, )y!gApNs"  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, 7^)yo#i4  
    数字化输出, SANb g&$  
    绘制图表。 _ZWU~38PM  
    U4a8z<l$  
    >f9Q&c$R  
    这是一个表面光栅的分布图。 ZHwN3  
    边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? -q)|I|y*7  
    2fayQY xD  
    1mh7fZgn  
    在 PANT 文件中添加一个变量: <Qbqxw  
    VY 5 RAD f[`&3+  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: ho#<?rh_  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 bA6^R If?  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 B\|^$z2  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    CyVi{"aF3  
    光通量
    光栅分布
    $rjm MSxi  
    9l[C&0w#\  
    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。 \'w.<)(GI  
    镜片表面高斯光强分析
    iN Lt4F[i  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. V#4oxkm  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 4*n1Xu 7^x  
    BB/c5?V  
    H93ug1,  
    :1UOT'_  
    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。) >_\]c-~<  
    它有着预期的高斯分布的形状。 -)"\?+T  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 (t"|XSF  
    输入: _+~jZ]o N  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE J1r\Cp+h0  
    非常均匀水平的光强分布。 <g&GIFE,  
    g p9;I*!  
    DMASK 图像
    Q &&=:97d  
    -G1R><8[  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 RLw/~  
    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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