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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 正序阅读 楼主  发表于: 2024-07-17
    1.概述 M2@^bB\J  
    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。 =8=!Yc(>  
    8&V_$+U  
    初始宏文件可以评论区留言获取 H(Ms^8Vs~:  
    V,%L ~dI  
    DG;y6#|p  
    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。 fRTo.u  
    bl/,*Wx:4.  
    2.1设计要求
    %~*jae!f  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: ^;F{)bmu+)  
    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。 G[idN3+#  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: O7aLlZdg~  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    6g>)6ux>aV  
    u}6v?!  
    5+X_4lEJK(  
    以上展示部分命令,这其中, NBl __q  
    OBG 的物是高斯光束. t^E hE  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. `#IcxweA  
    得到的初始结构如下:
    [;O^[Iybf:  
    cy~oPj]j  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 b~7drf  
    原因如下: :6;e\UE  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 kpob b  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 :u%$0p>  
    优化
    9>,Qgp,w  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 '~-IV0v9  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 _>bRv+RVR  
    改变高阶项
    "r.2]R3  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? ^&c$[~W  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 iz}sM>^  
    HELP USS kReG:  
    然后找到类型16。 . gZZCf&?  
    9 -jO,l  
    优化结果
    2pyt&'NJua  
    $R{8z-,Q  
    还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 <xS=#  
    光通量
    %hT4qzJj  
    透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 M:ai<TZ]  
    Qs+k)e,  
    evl -V>   
    得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? E1>/R  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 :_d3//|  
    打开 MMA对话框。 ]T{E (9  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 ,&a`d}g&G  
    Object point (物体坐标)设定为 0, )wf\F6jN  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, :7;[`bm(G  
    数字化输出, Pl~P-n  
    绘制图表。 tGqCt9;<  
    M/jb}*xDR  
    L{ ^4DznI  
    这是一个表面光栅的分布图。 ekzjF\!y  
    边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? &^ I+s^\=  
    ! gp}U#Yv  
    F>Y9o- o2  
    在 PANT 文件中添加一个变量: m7 XjP2   
    VY 5 RAD =hX[  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: ~mILA->F  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 ,@Z_{,b  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 ^Qh-(u`  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    h$h]%y  
    光通量
    光栅分布
    EZ% .M*?  
    Q(\ wx  
    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。 2Ug.:![  
    镜片表面高斯光强分析
    StM/  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. B3L4F"  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE |6B6?'  
    %RFYm  
    mCb 9*|  
    {fG|_+tl3o  
    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。) lIDl1Z@Z  
    它有着预期的高斯分布的形状。 6/y* 2z;  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 44C+h    
    输入: +Hyk'=.W  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE FP;": iRL  
    非常均匀水平的光强分布。 |[w^eg  
    iK x+6v  
    DMASK 图像
    dF2@q@\.+  
    IvSn>o  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 G\mKCaI8  
    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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