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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 U`q keNd  
    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。 zbxW U]<S?  
    D6Ad "|Z  
    初始宏文件可以评论区留言获取 'hjEd.  
    {!|4JquE_  
    N1ipK9a  
    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。 |T6K?:U7  
    ~o!- [  
    2.1设计要求
    :cC$1zv@  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: O6hzOyNX@  
    将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 U*[E+Uq}:N  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: '(5GR I<  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    F"] P|   
    !kE5]<H\  
    U=G49 ~E  
    以上展示部分命令,这其中, 5*%Gh&)  
    OBG 的物是高斯光束. &'z_:Wm  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. Q~ U\f$N  
    得到的初始结构如下:
    >B{NxL3->  
    $.jG O!  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 /]`@.mZ9:  
    原因如下: W"Ip]LJ  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 5%Qxx\q  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 ;MS.ag#  
    优化
    tY)L^.*7  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 Cb;6yE)!Z  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 NpH8=H9  
    改变高阶项
    P-\f-FS  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? Ooz ,?wU6  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 !J7`frv"(  
    HELP USS FHOw ]"#  
    然后找到类型16。 LIID(s!bX  
    e S8(HI6{^  
    优化结果
    juHL$SGC  
    40kAGs>_  
    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。 oV%:XuywT  
    光通量
    A%8 Q}s$<s  
    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 \L*%?~  
    wp?:@XM  
    7h 54j  
    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? P =X]'m_B  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 !eyLh&]5  
    打开 MMA对话框。 5T;LWS  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 W3.[d->X  
    Object point (物体坐标)设定为 0, xTAfV N  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, qf0pi&q  
    数字化输出, ,%9XG077  
    绘制图表。 TUp\,T^2  
    tyR?A>F4  
    #*.!J zOg  
    这是一个表面光栅的分布图。  V(&L  
    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? | #yu  
    u2#q7}  
    f+:iz'b#U  
    在 PANT 文件中添加一个变量: pz^S3fy  
    VY 5 RAD ko}& X=  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: XC3)#D#HGh  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 L0![SE>  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 q-z1ElrN7u  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    5Dkb/Iagi  
    光通量
    光栅分布
    b~.$1oZ  
    Nn_fhc>  
    现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 {7e(0QK  
    镜片表面高斯光强分析
    !~E/Rp  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. n{QyqI  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE eCI'<^  
    mP^B2"|q  
    8#QT[H 4F  
    6m&GN4Ca  
    这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) Vg$d|m${  
    它有着预期的高斯分布的形状。 E3wpC#[Q1  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 >v,X:B?+FL  
    输入: +`F(wk["m  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE "r6qFxY  
    非常均匀水平的光强分布。 1sXCu|\q  
    U.TZd"  
    DMASK 图像
    |)7K(R)(=  
    EP38Ho=[  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 KF7w{A){  
    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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