SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
&_x/Dzu!z
vrEaNT$J-
在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。 第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。 本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。 ReGb .pf
目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束。 xbC- ueEj
这是我们初始的输入文件： uEO2,1+
RLE ! Beginning of lens input file. 。 HC`3AQ12!&
ID KINOFORM BEAM SHAPER |@9I5Eg)iE
WA1 .6328 ! Single wavelength 0Y`tj
UNI MM ! Lens is in millimeters ~;4k UJD
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. |ssIUJ
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . (+v*u ]w4
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog ^ XB8A=xi
SF6 7%x+7
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element xW ZcSIH!
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) aI#n+PW
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt wg~ `Md
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. .7 ^-*HT}
RNORM 1 ;Z~.54Pf{d
p?NjxQLA
4 TH 2 GTB S }EG(!)u
SF6 P
T.jR *
4 USS 16 )'CEWc%
CWAV .6328 PKs%-Uk
HIN 1.7988 55 * M<=K.*\G
RNORM 1 aw~EK0yU
! The first side of the second element is also a DOE %{_
YJXpO
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface r/<J Y5
7 ! Surfaces 6 and 7 exist d*(\'6?
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. s;M*5|-
END ! End of lens input file. I*R$*/)
-Dm.z16
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： P&^7wud-sb
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： =8 D4:Ds
PANT ! Start of variable parameter definitions. F|K4 z hK
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY N9|.D.#MF
2 RAD `5&V}"lB
VLIST TH 3 ! Vary the airspace pREY AZh
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, 0>MI*fnY"
VY 3 G 27 ! Y**4, F7l:*r,O
VY 3 G 28 ! and Y**6 j7+t@DqQ
e>Y2q|S85
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 jch8 d(`?d
VY 4 G 27 [k}\{ i >
VY 4 G 28 ghj ~r
.u?$h0u5
END PCfs6.*5Mf
S:\hcW6
AANT ! Start of merit function definition a$O]'}]`
AEC lhj2u]yU0S
ACC 4T E ?mh}
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large 6|Q'\
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 93DB ZqN
f~9Y1|6
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones `{_PSzM
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 EQ $9Ia Y.
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 a $%[!vF
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 !17Z\Ltqyj
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 c `; LF'!
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 Z?mg1 ;Q
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 jtY~- @*
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 9-6_:N>
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 [ 1GEe
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 eR`<9 KBH
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 ~Xw?>&
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 VC7F#a*V
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 9#6/c
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 1D6O=j\
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, j@ !}r|-T
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. s+- aHn
END ! End of merit function definition. cvfAa#tq>
SNAP E%B Gf}h
SYNO 40 c<e\JJY5?
+Bfi/ >
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。） v{ Ve sf
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。 :5J6rj;_
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！ ]H2aYi $
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令
%'z3es0
FLUX 100 P 6 7 bS[\5
{Z.@-Tl_
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 3PffQ,c[~
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。 n.R hA-O
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： x~eEaD5m%J
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 W<o0Z OO
p04+"
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！ n`xh/vGm#
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。 I_7EfAqg(
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE <vDm(-i3
fM.|#eLi
现在在表面上6做同样的事情。 \
6 a
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE {fD #=
F DX+
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： @x
+#ZD(
RLE a0\UL"z#+
ID KINOFORM BEAM SHAPER B$EP'5@b
FNAME 'L13L1.RLE ' 5V!XD9P'
MERIT 0.270980E-05 a*y mBGF
WA1 .6328000 eCD,[At/
WT1 1.00000 8 GN{*Hg
APS 1 ^/vWK\-
AFOCAL d.o FlT
UNITS MM 8 f5^@K\c
OBG 0.35000000 1.0000000 \}NWR{=
0 AIR l&xD3u^G
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR .
*xq =
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 %nF\tVP3]
2 N1 1.79881710 W=]" ,<
2 CTE 0.810000E-05 >nEnX
2 GTB S 'SF6 ' v *'\w#
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR *PU,Rc()6
3 USS 16 _\PoZ|G4y
CWAV 0.632800 ;NeEgqW "
HIN 1.798800 55.000000 !5!$h` g
RNORM 1.00000 1:UC\ WW
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 KB A%
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 F*:NKT d
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 Gi4dgMVei
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 dvF48,kr
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 z }8L}:
4 N1 1.79881710 m-92G8'
4 CTE 0.810000E-05 Hd`p_?3]
4 GTB S 'SF6 ' X.9MOdG70
4 USS 16 PGl -2 Cr
CWAV 0.632800 z
]N~_9w
HIN 1.798800 55.000000 X>8?p'*
RNORM 1.00000 ){6)?[G
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 dU3 >h[q
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 L b;vrh;A
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 %ab)G s
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 1t=X: ]0j
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR $!C+i"q$
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR 1?#9K j{ql
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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