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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4\_~B{kzZ
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）。 sk%Xf,
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。 q+Ec|Xd
e
这是我们初始的输入文件： ZLGglT'EW>
RLE ! Beginning of lens input file. 。 ;],Js1 m
ID KINOFORM BEAM SHAPER ` ;}w!U
WA1 .6328 ! Single wavelength c%+_~iBUN
UNI MM ! Lens is in millimeters ymW? <\AD,
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. e0$.|+
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . 8}?w i[T
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog Ql1J?9W
SF6 ufi:aE=}
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element gTQc=,3l3
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) 5$?)f&M
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt J*Q+$Ai~
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. `9Rj;^NJ
RNORM 1 (&KBYiwr
@kPe/j/[1
4 TH 2 GTB S |V&E q>G
SF6 b[ 2 #t
4 USS 16 |
9 <+!t\
CWAV .6328 2PC:F9dh\
HIN 1.7988 55 xE5 VXYU
RNORM 1 #z5$_z? _
! The first side of the second element is also a DOE u- }@^Y$M
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface 6pdek3pOCt
7 ! Surfaces 6 and 7 exist }rQ0*h
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. <'N~|B/yZ
END ! End of lens input file. Y '+mC
=&" a:l
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： 7$JO IsM
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： -y'tz,En.
PANT ! Start of variable parameter definitions. DP.Y <V)B
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY >H,5MM!
2 RAD FmhT^
VLIST TH 3 ! Vary the airspace @x@wo9<Fc
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, C({r1l4[D
VY 3 G 27 ! Y**4, :I2spBx
VY 3 G 28 ! and Y**6 w
y&yK*w
_&RGhA
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 Od+nBJ
VY 4 G 27 'x,6t66*"l
VY 4 G 28 4jw q$G
=bOMtQ]
END Hbl&)!I
F*J bTEOn
AANT ! Start of merit function definition ~^J9v +
AEC RN2 z/F Uf
ACC %RIlu[J
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large w$0*5n>)
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 >-j( [%
AHzm9U @
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones 6~O;t'd
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 ]zz%gZz
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 ui80}%
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 DFQ`<r&!
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 sitgz)Ki^
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 d~KTUgH'<
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 F8&L'@m9>
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 r2\ }_pIj
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 uMjL>YLq{?
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 -Dwe,N"{2
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 /j Sb ^1\
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 ma6Wr !J
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 }_D{|! !!T
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 5 R6QZVc
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, epI~w
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. ` ( 'NH]^
END ! End of merit function definition. L>p SE'}
SNAP TVVu_ib
SYNO 40 ,x utI
C'PHb o:
这个PANT文件改变了一些通用的G变量，我们在上一课中使用它来改变镜头元件上的一些非球面系数项。 但在这种情况下，表面已经被定义为USS类型16，这是一个简单的DOE表面，因此这些选项改变了定义该形状的系数。 （键入HELP USS以了解您可用的形状以及G系数如何应用于它们。） b?/Su<q
我们运行这个宏，镜头看起来很有希望。 所以我们再次运行它然后模拟退火几个周期。 F(`Q62o@
结果变得更好了。 我们尝试改变一些高阶系数。 我们在两个DOE上添加新系数，最高为G 31，即Y ** 12系数。 重新优化后，镜头看起来大致相同，但评价函数下降到3.13E-7。 看起来结果收敛了！ 1ZXRH;J40
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 :BF
WX
FLUX 100 P 6 f\;f&GI
p2gu@!
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 9hgIQl
这确实是一个很好的设计。 现在的问题是，可以被加工吗？ 表面4的空间频率是多少？ 如果它太高，制造技术可能会遇到麻烦。 我们打开MMA对话框以选择MAP命令的输入。 我们选择一个HSFREQ over PUPIL的图，对象为POINT 0，而raygrid CREC的网格为7，DIGITAL输出和PLOT。 结果显示在镜片边缘右侧，下方的频率为99.43 c / mm。 @h\i <sh!^
10微米/周期，这是可以制作的，但不容易被加工。 我们可以减少到50 c / mm吗？ 我们将变量5 RAD添加到变量列表中，并为AANT文件添加新的像差： }tJMnq/m($
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 MEOfVh
*f SX3Dk
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！ 212 =+k
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。 P0rdGf 5T
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE %;#9lkOXWH
mh F@S@
现在在表面上6做同样的事情。 nyZ?m
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE z=4E#y `?U
]j.!
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： +A%zFF3
RLE I]B9+Z?xo
ID KINOFORM BEAM SHAPER D"K! ELGW
FNAME 'L13L1.RLE ' =H"%{VeC5
MERIT 0.270980E-05 _he~ Y2zFz
WA1 .6328000 V/ZWyYxjLi
WT1 1.00000 9Dyw4'W.N
APS 1 R %JEx3)0m
AFOCAL eTt{wn;6
UNITS MM nTsPX Tat
OBG 0.35000000 1.0000000 <JZa
0 AIR w$749jGx
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR Y3xEFqMU
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 7 >gW2 m
2 N1 1.79881710 tAb3ejCo?
2 CTE 0.810000E-05 ">s0B5F7
2 GTB S 'SF6 ' %Ip=3($Ku[
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR |\]pTA$2
3 USS 16 Lya?b
CWAV 0.632800 5;9.&f
HIN 1.798800 55.000000 'IER9%V$
RNORM 1.00000 |h:3BV_
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 'YEiT#+/
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 ;e~K<vMm;y
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 %; ` 3I$
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 !p)cP"fa
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 * =O@D2g0
4 N1 1.79881710 *JaFt@ x
4 CTE 0.810000E-05 ]o_E]5"jO
4 GTB S 'SF6 ' ; ~s@_}&
4 USS 16 *1}vn%wvn
CWAV 0.632800 !" : arK
HIN 1.798800 55.000000 Bc#6mO-
RNORM 1.00000 ;"%luQA<w
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 <zu)=W'R]
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 H{ ;8i7%
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 -A Nq!$E
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 wD[ qE
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR QpifO
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR y] ~X{v
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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