SYNOPSYS 光学设计软件课程十三:带有Kinoform镜头的激光扩束器
:vQrOn18p 4-y:/8 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)。 CXx*_@}MU 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。 SBk4_J/_ 这是我们初始的输入文件: ?(F6#"/E RLE ! Beginning of lens input file. 。 MKD1V8i ID KINOFORM BEAM SHAPER `V)8
QRN( WA1 .6328 ! Single wavelength 2,b(,3{`4: UNI MM ! Lens is in millimeters Zbt.t]N OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. S3*`jF>q 1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . /cQueUME` 2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog =M[bnq*\ SF6 +YKi, 3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element 1POmP&fI( 3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) b;W3j CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt CMG&7(MR HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. H0gbSd+ RNORM 1 /1V xc 6 $)ijN^hV 4 TH 2 GTB S o!Ieb SF6 6"5A%{J 4 USS 16 {{D)YldtA CWAV .6328 "W7K"=X HIN 1.7988 55 S\YTX%Xm} RNORM 1 }1c|gQ ! The first side of the second element is also a DOE 0oZ=
yh 5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface lH x^D;m6 7 ! Surfaces 6 and 7 exist $m{:C;UH AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. uLL]A>vR END ! End of lens input file. n&;85IF1 0$)>D== 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: IS{wtuA. 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: JHM9 PANT ! Start of variable parameter definitions. %G_B^p4 RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY FaQe_; 2 RAD r4XK{KHn VLIST TH 3 ! Vary the airspace ll<Xz((o VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, $%CF8\0 VY 3 G 27 ! Y**4, rJT^H5!o" VY 3 G 28 ! and Y**6 ,c$_t+ 3G)#5Lf< VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 Yz/md1T$ VY 4 G 27 NMa} {*sQ VY 4 G 28 vMi;+6'n> `iAF3: END h-#6av: t7dt*D_YqK AANT ! Start of merit function definition mPtZO*Fc AEC ,.83m%i ACC hk(ZM#Bh LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large +,TRfP
Fb M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 Qcq`libK |mdVdD~go M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones h5{'Q$Erl M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 G_3O]BMKd) M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 DnMwUykF>0 M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 W#4 7h7M M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 H1pO!>M M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 QuF:p M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 Xtq_y'I M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 c)TPM/>(p M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 dUeN*Nq&(, M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 N
,'GN[s M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 dh`K`b4I M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 ENl)Ts`y M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 ]_mb7X> M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 $k@O`xD,q GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, ;v)JnbsH} GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. ?>D+ge END ! End of merit function definition. 1b `1{% SNAP _wbF>z SYNO 40 ITE{@1 *KZYv=s,u 这个PANT文件改变了一些通用的G变量,我们在上一课中使用它来改变镜头元件上的一些非球面系数项。 但在这种情况下,表面已经被定义为USS类型16,这是一个简单的DOE表面,因此这些选项改变了定义该形状的系数。 (键入HELP USS以了解您可用的形状以及G系数如何应用于它们。) ?yrX)3hyH 我们运行这个宏,镜头看起来很有希望。 所以我们再次运行它然后模拟退火几个周期。 EnKR%Ctw 结果变得更好了。 我们尝试改变一些高阶系数。 我们在两个DOE上添加新系数,最高为G 31,即Y ** 12系数。 重新优化后,镜头看起来大致相同,但评价函数下降到3.13E-7。 看起来结果收敛了! _UMg[Um 光通量如何随孔径变化? 我们输入命令 }WC[$Y_@ FLUX 100 P 6 T6y\| 3Gp$a;g 并得到一条美丽的曲线,几乎是直的,显示在左下方。 o8V5w!+# 这确实是一个很好的设计。 现在的问题是,可以被加工吗? 表面4的空间频率是多少? 如果它太高,制造技术可能会遇到麻烦。 我们打开MMA对话框以选择MAP命令的输入。 我们选择一个HSFREQ over PUPIL的图,对象为POINT 0,而raygrid CREC的网格为7,DIGITAL输出和PLOT。 结果显示在镜片边缘右侧,下方的频率为99.43 c / mm。 xBThq?N? 10微米/周期,这是可以制作的,但不容易被加工。 我们可以减少到50 c / mm吗? 我们将变量5 RAD添加到变量列表中,并为AANT文件添加新的像差: 0rQMLx M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 |B?m,U$A! CTB~Yj@d+ 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! #vz7y(v 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。 XV7Ex\D* DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE vjbASFF0= ,8S/t+H 现在在表面上6做同样的事情。 d\&U*= DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE n$MO4s8) @wGPqg 下面是生成的系统的RLE文件,如果评估它,可以将其复制并粘贴到编辑器中: LiC*@W RLE 2.`\ ID KINOFORM BEAM SHAPER &&5aM FNAME 'L13L1.RLE ' <,3a3 MERIT 0.270980E-05 1*P~!2h WA1 .6328000 /QK6Rac- WT1 1.00000 jnkR}wAA APS 1 I13y6= d AFOCAL J|W<; UNITS MM 2prU OBG 0.35000000 1.0000000 @+&LYy72 0 AIR .Yamc#A- 1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR / H[=5 2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 sNbxI|B 2 N1 1.79881710 NlA,'`, 2 CTE 0.810000E-05 e[{0)y>= 2 GTB S 'SF6 ' S*,17+6dV 3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR gldAP: 3 USS 16 poc`q5i+ CWAV 0.632800 6B8VfQ9[ HIN 1.798800 55.000000 =Pyj%4Rs RNORM 1.00000 {UX!go^J 3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 z{%<<pZ 3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 %e8@*~h@ 3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 vOH4# 3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 o@_q]/Mh 4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 rP'me2
B 4 N1 1.79881710 `Y0%cXi3 4 CTE 0.810000E-05 ]
7[
3>IN 4 GTB S 'SF6 ' +N]J5Ve-`t 4 USS 16 F;Spi CWAV 0.632800 <jBF[v9*m( HIN 1.798800 55.000000 OW&!at RNORM 1.00000 &Gc9VF]o 4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 V%t.l 4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 8$]1M,$r 4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 _f7 9wx\B 4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 "-E\[@/ 5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR =?5]()'*n 6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR K,tQ!kk 7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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