SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
>1 qum'
DO
0
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）。 zcy`8&{A<?
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。 J'E ?Z 0
这是我们初始的输入文件： :anR/
RLE ! Beginning of lens input file. 。 y&W3CW\:
ID KINOFORM BEAM SHAPER 7Y%Si5
WA1 .6328 ! Single wavelength z41v5rB4
UNI MM ! Lens is in millimeters 2M>`W5
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. + MtxS l
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . @iU(4eX
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog DC~ 1}|B"
SF6 lt("yqBu
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element M+VAol}1
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) 1{< r~
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt &X6hOc:``\
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. hRNnj
RNORM 1 `)tIXMn
(]nX:t
4 TH 2 GTB S Y6` ^E
SF6 {pXqw'"1.
4 USS 16 (@Kc(>(: Y
CWAV .6328 ^&lkh@Y1q
HIN 1.7988 55 6IJH%qUx'
RNORM 1 gle<{
`
! The first side of the second element is also a DOE ,B:r^(}0j
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface \iA.{,VX
7 ! Surfaces 6 and 7 exist d
f
j;e%H
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. =PjxMC._
END ! End of lens input file. `n"PHur
]G~Z'fs<(
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： -br): }f
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： @Hl+]arU h
PANT ! Start of variable parameter definitions. C^fn[plL
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY o;u~Yg
2 RAD "vfpG7CG
VLIST TH 3 ! Vary the airspace N<O<wtXI j
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, cEIs9;
VY 3 G 27 ! Y**4, k+zskfo
VY 3 G 28 ! and Y**6 t xiX1o!/L
#fDM{f0]R
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 `<6FCn4{X
VY 4 G 27 :eH\9$F`x;
VY 4 G 28 nwVW'M]r
NpxgF <G
END (W.G&VSn)
SPp|/ [i7
AANT ! Start of merit function definition (K('@W%\?
AEC AYAbq}'Yt
ACC k3T374t1b
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large 6 $K@s
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 Y(Y#H$w
Svdmg D!
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones qFI19`?8E
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 M[C )b\
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 pM~-o?
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 V ONC<wC
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 _:%i6c*"
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 ('2Z&5
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 ;u=%Vn"2a
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 BZ(DP_}&D
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 f VJWW):
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 !R![:T\,
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 {$V 2L4
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 z0UtKE^b
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 RN$>!b/
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 qC B{dp/
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays,
QQt4pDir>
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. e|q~t
{=9S
END ! End of merit function definition. K'y|_XsBB)
SNAP CaVVlL
SYNO 40 TiR00# b
A1*\ \[
这个PANT文件改变了一些通用的G变量，我们在上一课中使用它来改变镜头元件上的一些非球面系数项。 但在这种情况下，表面已经被定义为USS类型16，这是一个简单的DOE表面，因此这些选项改变了定义该形状的系数。 （键入HELP USS以了解您可用的形状以及G系数如何应用于它们。） r^ {Bw1+
我们运行这个宏，镜头看起来很有希望。 所以我们再次运行它然后模拟退火几个周期。 h@TP =
结果变得更好了。 我们尝试改变一些高阶系数。 我们在两个DOE上添加新系数，最高为G 31，即Y ** 12系数。 重新优化后，镜头看起来大致相同，但评价函数下降到3.13E-7。 看起来结果收敛了！ i.^:xZ
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 ZSr!L@ S
FLUX 100 P 6 ,b:~Vpb1I
ff]fN:}V
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 )iJv?Y\]
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。 9ji`.& #
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：
$ Tal.
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 {gxP_>
/!N=@z)
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！ F,V| In
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。 &Mz]y?k'
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE ;#^ o5ht
FF;Fo}no-
现在在表面上6做同样的事情。 6
$`l
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE UY .-Qt
Xc4zUEO9
下面是生成的系统的RLE文件，如果评估它，可以将其复制并粘贴到编辑器中： 1vS-m x
RLE j<R&?*
ID KINOFORM BEAM SHAPER n}-
_fx
FNAME 'L13L1.RLE ' Rd<K.7&A}
MERIT 0.270980E-05 Vt,P.CfdC
WA1 .6328000 )Cat$)I#,
WT1 1.00000 =\mJ5v"hA
APS 1 ~z,qr 09
AFOCAL d%RH ]j4
UNITS MM [7 NO !^
OBG 0.35000000 1.0000000 $<"I*l@
0 AIR :,
3S5!(y
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR Z:^ S-h
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 ~ =I:go
2 N1 1.79881710 [KCR@__
2 CTE 0.810000E-05 Q3Y (K\
2 GTB S 'SF6 ' .gM6m8l9wp
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR R&$fWV;'
3 USS 16 @}Q!K*
CWAV 0.632800 -w f>N:
HIN 1.798800 55.000000 oS} f r?
RNORM 1.00000 U$S{j&?
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 m77 !i>V)
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 G(ZEP.h`u
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 \}X[0ct2!
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 T%;NW|mH&
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 Vol }wc
4 N1 1.79881710 .8GXpt^U(
4 CTE 0.810000E-05 gGN 6Yqj0
4 GTB S 'SF6 ' +1@'2w{
4 USS 16 @yC3a)=$L
CWAV 0.632800 +zXcTT[V
HIN 1.798800 55.000000 awjAv8tPO!
RNORM 1.00000 >&k`NXS|V
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 27 }7
n
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 _g-0"a{-
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 $My~sN8
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 REh\WgV!u
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR SBdd_Fn
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR B@#v S=g
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
