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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K3h"oVn
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）。 #K iqV6E
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。 aOQT-C[
O
这是我们初始的输入文件： Bwu?DK
RLE ! Beginning of lens input file. 。 J Y,oXA6O
ID KINOFORM BEAM SHAPER +}Mm5^6*
WA1 .6328 ! Single wavelength ly6 dl
UNI MM ! Lens is in millimeters }:QoY Nq
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. BuUM~k&SY
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . ^:,wk7
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog D&pX0
SF6 V #R; -C
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element E`{DX9^
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) MXjN ./
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt Y kvEQ=
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. J)|I/8!#
RNORM 1 edZBQmx+#
E*kZG HA
4 TH 2 GTB S <q Q@OUI
SF6 B~J63 Os/
4 USS 16 V|*3*W
CWAV .6328 zQUNvPYM
HIN 1.7988 55 8*|*@
RNORM 1 \< a^5'
! The first side of the second element is also a DOE ?_ v_*+b_
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface 3Jq GLR`z3
7 ! Surfaces 6 and 7 exist D9hq$?
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. IWI$@dng6
END ! End of lens input file. z46Sh&+
WM4,\$
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： Xg\u nUHa
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： %?F$3YN,
PANT ! Start of variable parameter definitions. 6&L;Sw#Dg
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY _a_T`fE&de
2 RAD NL2D,
VLIST TH 3 ! Vary the airspace
'-$cvH7_
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2, ] ;HCt=I~
VY 3 G 27 ! Y**4, 5KIhk`S
VY 3 G 28 ! and Y**6 ?s R(
2 MW7nIEs
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4 n </Rd=
VY 4 G 27 fN:FD`
VY 4 G 28 _'^_9u G
+8"P*z,
END u D[T l
<AP.m4N) _
AANT ! Start of merit function definition 2 ^nws
AEC KuL+~
ACC L>0Pur) [
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large 7) a f
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5 zZey
Dd-a*6|x
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones H^vA}F`
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 bQ&%6'ck
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 %c%`< y<~L
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 pRUQMPn (
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 Md8<IFi9]Q
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 Y]5MM:mI
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 1s(i\&B
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 0O-"t P8o
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 #q-fRZ:P
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6 6#\:J 0
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6 Y0m?Z V t
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6 rhly.f7N=A
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6 ]v?jfy
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6 " " _B3'
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays, `0MQL@B
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too. I[w5V ;>*
END ! End of merit function definition. SUW=-M
SNAP Tks"GlE*D
SYNO 40 /FC(d5I
hTcU
%Nc
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。） xO,;4uE
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~z}NP
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！ ! 4 lN [
光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令 Lw1[)Vk}E
FLUX 100 P 6 VUz+ _)
:2')`xT
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。 9\=SG"e(
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。 G%=
gCR
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： ` K0PLxSv
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 GCv1x->
fL]jk1.Xv-
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！ AN|f:259
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。 joZd
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE 6o5,d]
^62I 5k/u
现在在表面上6做同样的事情。 ZvO1 =*
J,
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE ]<r.{EJ
V?p`rrj@
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： vb`aV<Mh H
RLE i&DUlmt)f
ID KINOFORM BEAM SHAPER {K?e6-N(z
FNAME 'L13L1.RLE ' ?8U]UM6Tu4
MERIT 0.270980E-05 bw+IH-b
WA1 .6328000 z^WY5~?
WT1 1.00000 Kxz|0l
APS 1 D0TFC3.k}
AFOCAL u]ps-R_$G
UNITS MM 5@I/+ D
OBG 0.35000000 1.0000000 !(Q@1 c&z
0 AIR s B qOcy
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR peOoZdJd
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000 P97i<pB Y_
2 N1 1.79881710 -dfs8 [i
2 CTE 0.810000E-05 ,06 8IEs
2 GTB S 'SF6 ' B7.&yXWg n
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR <E^;RG
3 USS 16 _9R j,
CWAV 0.632800 #uICH t3
HIN 1.798800 55.000000 LX=v
_}l
J
RNORM 1.00000 Y4X`(\A
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 HEhBOER?
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 YQD/vc~8G
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01 s'IB{lJ9
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 /g!Xe]Ss
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 R|wS*xd ,
4 N1 1.79881710 Gm0}KU
4 CTE 0.810000E-05 @,]W
4 GTB S 'SF6 ' 1F3Q^3+
4 USS 16 kXlI *h
CWAV 0.632800 :C,}DyZy
HIN 1.798800 55.000000 /~c9'38
RNORM 1.00000 [~`p~@\+
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 5 N bq9YY
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 hb)C" q=
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06 uf:'"7V7
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 KDA2
H>
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR Hc8!cATQ k
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR $'<$:;4b3
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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