SYNOPSYS 光学设计软件课程十三：带有Kinoform镜头的激光扩束器
&
G4\2l9
06Sc eq
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）。 IueFx u
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。 [EXs
这是我们初始的输入文件： Ckuh:bs
RLE ! Beginning of lens input file. 。 6j]0R*B7`Q
ID KINOFORM BEAM SHAPER f+,qNvBY/
WA1 .6328 ! Single wavelength _op}1
UNI MM ! Lens is in millimeters VU]`&`~J
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. IK=a*}19L
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . q ^N7 I@Y
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog >W+ % 8e
SF6 qi D@'Va\
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element m n X2a
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) @,7GaK\
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt G@X% +$I
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. K;H&n1
RNORM 1 Zt{[ *~
WO>nIo5Y
4 TH 2 GTB S s)D;a-F
SF6 #gs`#6 ,'
4 USS 16 kv{za4,&
CWAV .6328 EUX\^c]n
HIN 1.7988 55 )g%d:xI
RNORM 1 O-hAFKx
! The first side of the second element is also a DOE Vv=. -&'
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface R.1. )P[
7 ! Surfaces 6 and 7 exist \?k'4rH
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. :{l_FY436
END ! End of lens input file. z,p~z*4
A]oV"`f
我们给第2个表面指定了一个合理RD值。 这是现阶段还没有DOE的非球面系数的系统： M oza".fiN
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。 这是优化MACro： wc4{)qDE
PANT ! Start of variable parameter definitions. `l[c_%Bm
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY xO mi\VbM
2 RAD jLm ;ty2;
VLIST TH 3 ! Vary the airspace <<5(0#y#
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, nMUw_7Y6
VY 3 G 27 ! Y**4, ul >3B4
VY 3 G 28 ! and Y**6 SO'vp z{
O m2d .7S
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 /7F:T[
VY 4 G 27 vXZOy%$o
VY 4 G 28 )F]]m #`
@K !T,U
END >KhOz[Zg
Y. rsR 6
AANT ! Start of merit function definition GGs}i1m
AEC K is"L(C
ACC Ai 3*QX
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large VjZ|$k
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 tg4pyW <
7;wd(8
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones 2pa5U;u:+
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 UySZbmP48
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 = m#?neop
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 ]&+s6{}
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 +a{1)nCXe
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 /@TF5]Ri
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 BUX pC xQ
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 lzVq1@B
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 ,w4V?>l
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 T+H!_ky`A
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 }Oq5tC@$G
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 r52gn(,
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 n9ej7oj
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 | t#)~Oo
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, sS'm!7*(3
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. GH$ pKB
END ! End of merit function definition. [ 5Mr@f4I
SNAP 'e'cb>GnA
SYNO 40 P{ lB5 0
12 gU{VD
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。） f?X)k,m
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。 l}A93jSL
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！ M@v.c; Lt
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令
HvJs1)Wo&
FLUX 100 P 6 _g"<UV*H
F0Yd@Lk$_
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 5D// *}b,
这确实是一个很好的设计。 现在的问题是，可以被加工吗？ 表面4的空间频率是多少？ 如果它太高，制造技术可能会遇到麻烦。 我们打开MMA对话框以选择MAP命令的输入。 我们选择一个HSFREQ over PUPIL的图，对象为POINT 0，而raygrid CREC的网格为7，DIGITAL输出和PLOT。 结果显示在镜片边缘右侧，下方的频率为99.43 c / mm。 Ry6@VQ"NLb
10微米/周期，这是可以制作的，但不容易被加工。 我们可以减少到50 c / mm吗？ 我们将变量5 RAD添加到变量列表中，并为AANT文件添加新的像差： T'D v.h
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 "b3"TPfK
}y gD3:vN7
程序现在控制表面4上的频率。我们重新优化，现在表面5略微凸起，4上的空间频率正好在50 c / mm。 光通量均匀性与以前一样好。 任务完成！ DT& @^$?
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。 }a(dy r`S
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE z 1X` o
R%[ c; i
现在在表面上6做同样的事情。 D_zZXb Nc
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE lA8`l> I
UH"%N)[
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： iSs:oH3l
RLE J)p
l|I
ID KINOFORM BEAM SHAPER $kp{Eg '
FNAME 'L13L1.RLE ' 8VXH +5's
MERIT 0.270980E-05 %:*
YO;dw'
WA1 .6328000 )MTOU47U
WT1 1.00000 WOL:IZX%
APS 1 d5:c^`
AFOCAL FXkM#}RgNm
UNITS MM ,.FxI l ]
OBG 0.35000000 1.0000000 xdkZdx>N
0 AIR R~ q]JSIC@
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR X$W~mQma6
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 h>m"GpF
x
2 N1 1.79881710 oe-\ozJ0
2 CTE 0.810000E-05 amY!qg0P*
2 GTB S 'SF6 ' & 6nWzF
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR T1=fNF
3 USS 16 s?L
CWAV 0.632800 II{&{S'HU
HIN 1.798800 55.000000 _KAQ}G 3
RNORM 1.00000 ^Xh^xL2cn
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 Y`a3tO=Pd
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 z!9-:
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 1 /J=uH
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 t;\Y{`
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 sLxc(d'A
4 N1 1.79881710 Qq|57X)P*
4 CTE 0.810000E-05 O3kA;[f ;
4 GTB S 'SF6 ' n b%6X82Q
4 USS 16 : eVq#3}
CWAV 0.632800 8F Y?!C
HIN 1.798800 55.000000 *(DV\. l`
RNORM 1.00000 c9h6C
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 6(ol1
(U
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 E hMNap}5"
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 $*fMR,~t&
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 s!$7(Q86R
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR 20Wg=p9L
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ^k9I(f^c-_
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
|
