SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
}+K SZ,
@'.(62v
在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。 第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。 本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 TbqED\5@9w
目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束。 Ux~rBv''
这是我们初始的输入文件： }Z MbTsm
RLE ! Beginning of lens input file. 。 `B{N3Kxbp
ID KINOFORM BEAM SHAPER A2{u("^[6
WA1 .6328 ! Single wavelength #/NZ0IbHk
UNI MM ! Lens is in millimeters S3V3<4CB
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. }(h_ztw
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . =.9L/74@
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog Om%{fq&
SF6 ]de'v
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element Y27x;U
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) a"^0 ;a
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt m}\G.$ h4
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. 3 8>?Z ]V
RNORM 1 fcd\{1#u
A)/
8FYc
4 TH 2 GTB S %./ vh=5)
SF6 9(>]6|XS
4 USS 16 byl#8=?
CWAV .6328 #9Z\jW6b
HIN 1.7988 55 i1]*5;q
RNORM 1 eMk?#&a)
! The first side of the second element is also a DOE VP
H
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface :kUZNw'Bi
7 ! Surfaces 6 and 7 exist ?;pw*s1Atz
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. \_pP:e
END ! End of lens input file. Q}p +/-U\
^z #' o
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统：
3n;UXYJ%
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： ~1&%,$fZ
PANT ! Start of variable parameter definitions. |~b.rKQt[
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY %$/t`'&o-
2 RAD 7%C6hEP/*W
VLIST TH 3 ! Vary the airspace }J27Y ;Zp9
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, b/ IT8Cm3
VY 3 G 27 ! Y**4, %~`8F\Hiu
VY 3 G 28 ! and Y**6 q_ eGY&M
~1 xln?Q
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 C8qA+dri
VY 4 G 27 Kh<xQ:eMy
VY 4 G 28 %n-: mSus
s`W\`w}
END =e'b*KTL,
M{gtu'.
AANT ! Start of merit function definition 1&A @Zo5|
AEC vL"U=Q+/eY
ACC T = r7FU
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large %a%x`S3
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 UxI 0Of&:
?4%'6R
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones Rg3 Lo ?
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 (R )\
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 aBk~ /
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 <k)@PAV
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 M`!\$D
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 jE!<]
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 @+LkGrDP
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 xQV5- VoFC
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 9U1cH qV
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 <Z %iP{
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 fx@Hd!nO~"
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 *sI`+4h[
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 8F|8zX&
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 `p` )D 6
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, N yT|=`;
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. b|F_]i T
END ! End of merit function definition. =Kf V;.&
SNAP
19a/E1
SYNO 40 5 _X|U*+5
&9b sTm
这个PANT文件改变了一些通用的G变量，我们在上一课中使用它来改变镜头元件上的一些非球面系数项。 但在这种情况下，表面已经被定义为USS类型16，这是一个简单的DOE表面，因此这些选项改变了定义该形状的系数。 （键入HELP USS以了解您可用的形状以及G系数如何应用于它们。） ?o'!(3`L
我们运行这个宏，镜头看起来很有希望。 所以我们再次运行它然后模拟退火几个周期。 ^c?2 n
结果变得更好了。 我们尝试改变一些高阶系数。 我们在两个DOE上添加新系数，最高为G 31，即Y ** 12系数。 重新优化后，镜头看起来大致相同，但评价函数下降到3.13E-7。 看起来结果收敛了！ hhjT{>je
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 L}O_1+b
FLUX 100 P 6 49b#$Xq
My 'u('Q%
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 .>z)6S_G
这确实是一个很好的设计。 现在的问题是，可以被加工吗？ 表面4的空间频率是多少？ 如果它太高，制造技术可能会遇到麻烦。 我们打开MMA对话框以选择MAP命令的输入。 我们选择一个HSFREQ over PUPIL的图，对象为POINT 0，而raygrid CREC的网格为7，DIGITAL输出和PLOT。 结果显示在镜片边缘右侧，下方的频率为99.43 c / mm。 =!{7ZSu\
10微米/周期，这是可以制作的，但不容易被加工。 我们可以减少到50 c / mm吗？ 我们将变量5 RAD添加到变量列表中，并为AANT文件添加新的像差： \sB
a
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 lA[BV7.=7
GKf,1kn s
程序现在控制表面4上的频率。我们重新优化，现在表面5略微凸起，4上的空间频率正好在50 c / mm。 光通量均匀性与以前一样好。 任务完成！ r )8[LN-
我们做得怎么样？ 在光束重构之前，运行DPROP命令，检查曲面3处的轮廓。 这显示了该点处光束的高斯分布。 P/;sZo
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 7FL! ([S5i
f\+MnZ4[Qj
现在在表面上6做同样的事情。 E!.>*`)?.
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE nG< _&h
ceN*wkGyB
下面是生成的系统的RLE文件，如果评估它，可以将其复制并粘贴到编辑器中： g:0-` ,[
RLE ,$irJz F
ID KINOFORM BEAM SHAPER R2 k R
FNAME 'L13L1.RLE ' yRt]i>
MERIT 0.270980E-05 ql, k 5.l
WA1 .6328000 ,!U._ic'B
WT1 1.00000 N)Fy#6
APS 1 QDCu
AFOCAL tr 8a_CV
UNITS MM A:$Qt%c
OBG 0.35000000 1.0000000 ^_FB .y%
0 AIR 5S4kn.3
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR nX (2&<
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 |sd0fTK
2 N1 1.79881710 J})G l
2 CTE 0.810000E-05 vR$[#` X
2 GTB S 'SF6 ' bt3v`q+V
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR r}k2n s9
3 USS 16 \9Nd"E[B
CWAV 0.632800 eSvS<\p
HIN 1.798800 55.000000 dg[ &5D1Q
RNORM 1.00000 3F fS2we
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 5yPw[
EY
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 M V dX
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 ,PH ;j_
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 o^P/ -&T
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 l-` M
9#
4 N1 1.79881710 . U.K nn
4 CTE 0.810000E-05 WGwpryaya
4 GTB S 'SF6 ' eUP.:(E
4 USS 16 Fc{M
N"
CWAV 0.632800 ykFm$ 0m+I
HIN 1.798800 55.000000 f'
|JLhs
RNORM 1.00000 VJW%y)_[
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ;a@%FWc
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 T,z 7U2O
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 z ((Y \vP
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 m x`QBJ
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR xUT]6T0dB
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 9 <qAf`
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
