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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 k0_$M{@Y  
    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。 W[E3P,XS  
    Xexe{h4t_>  
    初始宏文件可以评论区留言获取 6@q[tN7_^  
    QZ3(u<f  
    tx5T^K7[  
    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。 ;{f??G  
    rA1r#ksQ  
    2.1设计要求
    ^ Wfgwmh  
    下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: `n`"g<K)Q  
    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。 X@qk>/  
    SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: Zknewv*sS4  
    初始宏文件可以评论区留言获取
    Y#&0x_Z  
    c5E#QV0&v~  
    $i:||L^8p  
    以上展示部分命令,这其中, +Y)#yGUn  
    OBG 的物是高斯光束. /J.\p/%\  
    DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. EeJqszmH  
    得到的初始结构如下:
    eR-=<0Iw;  
    4su_;+]  
    这是最初的设计,效果并不是十分理想 pEVgJ/>  
    原因如下: Ah>gC!F^  
    1.光束被扩大了但是并不准直。 t {SMSp  
    2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 .S!>9X,  
    优化
    Pc)VK>.fc  
    DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 8b:clvh  
    优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 Ji6`-~ k  
    改变高阶项
    <s/<b*T ^  
    应该怎样确定改变哪个 G 变量? p x|>v8  
    所有的一切只需要按几下按键.  输入 !ml_S)  
    HELP USS 'Z.OF5|eGT  
    然后找到类型16。 N pXgyD  
    m0 j|58~  
    优化结果
    +Cf0Y2*@hM  
    - LiPHHX<  
    还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 V+O0k: o  
    光通量
    Fkc x+d  
    透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6  .3a:n\tY  
    ^+*GbY$'  
    Qq T/1^imS  
    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? e)HhnN@  
    如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 m\/,cc@,  
    打开 MMA对话框。  O[IR|  
    在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 hG3m7ht  
    Object point (物体坐标)设定为 0, ]D LZ&5pv  
    光线网络 CREC 设置为网格 7, PNbcy!\U  
    数字化输出, rToaGQh  
    绘制图表。 SbS$(Gt#Bv  
    d $fvg8^  
    ?aFr8i:)M  
    这是一个表面光栅的分布图。 dU oWo3r=  
    边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? SqXy;S@  
    <E>7>ZL  
    B;z;vrrL  
    在 PANT 文件中添加一个变量: q Vm"f,ruo  
    VY 5 RAD *$i;o3  
    然后再 AANT 文件加入一个新的像差: %/l-A pu  
    M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 VY/|WD~"CW  
    优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 s~=KhP~  
    最后的优化宏文件可以评论区留言获取
    )o#6-K+b  
    光通量
    光栅分布
    1l/AKI(!  
    Aq V09 $  
    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。 ]}z'X!v_@  
    镜片表面高斯光强分析
    5LQk8NPh  
    现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. `FA) om  
    DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE ^IX%dzM  
    VK2@2`$  
    _urG_~q  
    *8$>Whr  
    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。) 3ty4D2y  
    它有着预期的高斯分布的形状。 (U|)xA]y!  
    现在对表面 6也进行相同的操作。 (M ]XNn  
    输入: Mv.Ciyc  
    DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE )|y#OZHR  
    非常均匀水平的光强分布。 CifA,[l34  
    z)4UMR#b&  
    DMASK 图像
    U/ ?F:QD4  
    q*\NRq  
    这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 In f9wq\  
    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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