SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
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w8 :[w
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）。 [q2:d^_FA
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。 S9Yzvq!(
这是我们初始的输入文件： $lf/M g_H
RLE ! Beginning of lens input file. 。 CsA (oX
ID KINOFORM BEAM SHAPER $kTm"I
WA1 .6328 ! Single wavelength j*?8w(!
UNI MM ! Lens is in millimeters T:@6(_Z
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. nD
BWm`kN
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . >S7t
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog ]|CcQ1#|H
SF6 9Q4{ cB
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element K'Ywv@
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) l2St)`K8
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt .t1:;H b
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. 3)EJws!
RNORM 1 wG[n wt0L
,6;n[p"h|r
4 TH 2 GTB S %@Gy<t,
SF6 _HH vL=
4 USS 16 I2$DlEke
CWAV .6328 1,+<|c)T?
HIN 1.7988 55
^^"zjl*^
RNORM 1 BrE#.g Jq
! The first side of the second element is also a DOE e ^O:I
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface LRu,_2"
7 ! Surfaces 6 and 7 exist YQN:&Cls
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. !~vK[G(R
END ! End of lens input file. 2@ ZVEN
*0>`XK$mWo
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： nKm#
kb
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： #s~;ss ,
PANT ! Start of variable parameter definitions. QG uqV8 y0
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY ^H.B6h?
2 RAD a
-Pz<*
VLIST TH 3 ! Vary the airspace e&z@yy$
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, \.mVLLtG
VY 3 G 27 ! Y**4, e
n~m)r3&
VY 3 G 28 ! and Y**6 wPM>-F
]%A> swCpn
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 Q^f{ H.
VY 4 G 27 "KP]3EyPc
VY 4 G 28 _s5^\~a o
(BLxK) 0<"
END / rc[HbNg.
Wm6qy6HR
AANT ! Start of merit function definition AE7 7i,Xa
AEC ^yPZ$Q
ACC -r sbSt ?_
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large dHIk3j-!
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 ;| vP|Xi
53:~a
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones @G 2# Z
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 s<{ Hu0K$
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 $$m0mK
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 YYn8!FIe
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 **h4M2'C
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 Qa _V
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 ar<8wq<4G
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 v]( Y n) #
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 vQ*[tp#qU
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 u$R5Q{H_
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 Dq<la+VlO
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 6HK1?
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 4 -tC=>>wc
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 8Ij<t{Lps
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, 5\ pS8<RJ;
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. U&#`
<R_0
END ! End of merit function definition. ;<garDf
SNAP Z}$sY>E
SYNO 40 P_5aHeiJ
E to"B"
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。） E'a OHSAg
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。 `* vO8v
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！ \B4H0f
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 fc3 nQp7
FLUX 100 P 6 ^ nPy(Q0
lV^#[%
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 b 5|*p(7[
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。 #S?^?3d
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： |,,#DSe
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 t?>}0\1
`6VnL )
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！ X0
|U?Ib?
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。 ch8VJ^%Ra1
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE ,pD sU @
"a[;{s{{.
现在在表面上6做同样的事情。 ]!AS%D `
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE bBs{PI2(p1
&Gh,ROo 4
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： O6 Py
RLE *:H,- @
ID KINOFORM BEAM SHAPER [`GSc 6j
FNAME 'L13L1.RLE ' 1TQ? Fxj
MERIT 0.270980E-05 }oZ8esZU2
WA1 .6328000 VkJ">0k
WT1 1.00000 nCi
]6;Y
APS 1 4N, [Gs<7
AFOCAL )L 9eLxI
UNITS MM fsjLD|?|:
OBG 0.35000000 1.0000000 P{ )D_Bi
0 AIR )(G<(eiD
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR c)#7T<>*'
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 z~h ?"'
2 N1 1.79881710 ~}b0zL
2 CTE 0.810000E-05 G06;x
2 GTB S 'SF6 ' j:cu;6|
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR ;t +p2i
3 USS 16 Sk53Lc
CWAV 0.632800 %q|* }l
HIN 1.798800 55.000000 D
1.59mHsD
RNORM 1.00000 f0 g/`j@Up
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 fC'u-m?!Q'
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 1SjVj9{:
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 HVA:|Z19
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 p'LLzc##
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 fh`Y2s|:7R
4 N1 1.79881710 l\
dPfJ
4 CTE 0.810000E-05 tkV[^OeU>
4 GTB S 'SF6 ' q* lk9{>
4 USS 16 Kc[^Pu
CWAV 0.632800 +>C26Q
HIN 1.798800 55.000000 RCTqV.L
RNORM 1.00000 PFpFqJ)Cs"
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 !X7z y9
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 =* 'yGB[x)
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 wm#(\dj
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 - I{op
wd
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR ?H8w;Csq-
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR s;P _LaIp)
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
