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optics1210 2019-01-24 14:01

SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例

-D V;{8U4  
我们将设计一个用于波长1.06到1.97微米范围内的近红外透镜。 6=H-H\iw  
设计红外透镜时的挑战是,寻找有用的光学材料且成本适宜。 本课程的任务是重新设计现有透镜,用普通光学玻璃替换一些不需要的材料。 参考案例 1.RLE,ID为MIT 1 TO 2UM LENS。 您可以检查该透镜并检查其性能。 将光扇图的比例设置为0.01 mm。

Riw>cVi~  
该透镜有三个材料为ZNS的镜片和一个材料为AS2S3的镜片,共有四个镜片。我们希望尽可能避免使用这些材料。 我们需要匹配的一阶属性如下(尺寸以mm为单位): L\"=H4r  
•    Entering beam radius 17.5 1 9)78kV{  
•    Chief-ray angle 0.935 degrees C8{CKrVE  
•    Back focus distance 16.3 7,O^c +  
•    Cell length 50 r+Z+x{  
让我们从头开始,而不是尝试改变当前透镜中的材料,所有这些材料的折射率都大于2.0。 为此,我们将使用设计搜索程序。 但首先我们必须做出判断:如果我们只是运行DSEARCH并让它找到模型玻璃,它就不会得到任何在NIR上产生重大影响的玻璃。 (该模型代表了所有玻璃的平均值。)所以我们必须引导它。 T]i~GkD\  
打开玻璃库显示(MGT),选择Guangming列表,然后单击图表按钮并选择显示的选项。
cu""vtK   
数据现在不在屏幕上,因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小,直到看到一组红点。 然后用鼠标右键平移放大。单击“Full Name”按钮。 你应该看到下面的显示。
(d!vm\-PH  
记下圈出的四个玻璃名称:D-FK61,G-ZF52,H-ZH88和H-F51。 那些肯定与其它的玻璃不同。 我们将指示DSEARCH仅使用其中两个,然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。 j#~4JGZt  
这是我们的SEARCH输入:
wTTQIo 60  
    CORE 16 PROJ q?t>!1c  
    DSEARCH 3    QUIET    ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM            ! system requirements follow %M^bZ?  
    ID NIR EXAMPLE    ! lens identification OBB 0 .935 17.5    ! specify the object ?9PNCd3$d  
    WAVL 1.97 1.53 1.06    ! and the wavelength range UNITS MM I5D\Z  
    END rhUZ9Fdv  
hA~}6Qn  
    GOALS    ! here we set the goals v=W%|iZ  
    ELEMENTS 5    ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 .^v7LF]Q  
    BACK 16 .1 V5A7w V3~  
    TOTL 50 .1 82w< q(  
    STOP FIRST    ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX    ! so we put it in front and keep it there VLOyUt~O#  
    NPASS 100 SD697L9  
    ANNEAL 200 20 2OZdj  
    RSTART 300    ! a useful starting radius, JUXK}0d%eN  
    TSTART 1    ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 =RV$8.Xp  
    FOV 0 .5 1 fmSA.z  
    FWT 2 1 1 rFmE6{4:p  
    GLASS POS    ! positive elements will use this glass type G D-FK61 a<HM|dcst  
    GLASS NEG    ! and negative this type. G H-ZF88 B$lbp03z  
    END 0\i&v  
f.8L<<5 c  
    SPECIAL    ! here we give requirements that are not defaults 7*4F-5G/  
    ACM 3 .1 1    ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA    ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, \[8I5w-  
    ASC    ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END    ! get too close to the hemisphere point. Dbtw>:=  
lca.(3u   
    GO    ! this starts the process. PROJ
t Y^:C[  
RSkpf94`  
在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。
-'I)2/%g  
我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。
8>epKFEg  
查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。
}y0UyOa{C  
    PANT xW^<.@Agm  
    VLIST RD ALL VLIST TH ALL END f j"S|]e  
    AANT AEC &2Y>yFB ,  
    ACC    P *X)OdU  
    GSR    0.000000    2.000000    4    M    0.000000 c[;I\g  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    0.500000 XCt}>/"s\h  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 M$?~C~b!*  
    M    0.160000E+02    0.100000E+00    A BACK I 4EocM=  
    M    0.500000E+02    0.100000E+00    A TOTL yC _X@o-n  
    ACM 3 .1 1    ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA    ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, ;PbyR}s  
    ASC    ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END  M,6AD]  
    SNAP/DAMP 1 4e5Ka{# <  
    SYNOPSYS    100
6DExsB~@  
9> (8r+  
保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 EGa}ml/G  
现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据)
`@:^(sMo  
    CORE 16 ME7JU|@Z  
    GSEARCH 3 QUIET LOG SURF =6%0pu]0  
    1 3 5 7 9 \"uR&D  
    END Jl4zj>8~  
!u=[/>  
    OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES N(IUNL  
    G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 _ Fer-nQ2R  
MqNp*n2  
    END USE 2 GO
PmTA3aH  
q_I''L  
透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差
;1o"Oij  
看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 p2cKtk+  
任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表:
Sx pl%  
    SYNOPSYS>SPE h?idRaN_  
jgC/  
    ID NIR EXAMPLE }5% !: =  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110    22 DsP+#PX  
    LENS SPECIFICATIONS: ]~|zY5i!  
UyvFR@  
    SYSTEM SPECIFICATIONS  _@HMk"A  
5jbd!t@L  
    OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    49.9800 2B*9]AHny  
    OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    15.9992 Ok,hm.|  
    MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    17.5000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    15.9992 ty "k  
    MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    50.0025 p;C`n)7P7  
    CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    1.4280 pfZxG.l  
    CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.9350    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.8157 3s$m0  
    ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    17.5000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    24.7688 ~s !+9\Fi  
    ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -54.7406 7?F0~[eGG  
> ^D10Nf*  
    WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 F+}MW/ra@  
    WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000 4s3n|6v  
    COLOR ORDER    2    1    3 F*(<`V  
    UNITS    MM fUE jl  
    APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    17.53054 k%.IIVRx  
    FOCAL MODE    ON whD%Oz*f  
    MAGNIFICATION    -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA tcmG>^YM  
p6>3 p  
    SURF    RADIUS    THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER )<!y_;$A  
|>d5 6  
    0    INFINITE    INFINITE    AIR Dd :Qotu  
    1    83.04964    4.55863    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN k(V#{ YP  
    2    -90.13577    1.76097    AIR ;ML21OjgN  
    3    -61.20988    2.89016    H-ZF88    1.87811    26.89 GUANGMIN MQLa+I,S4  
    4    -136.80545    1.00000    AIR w+[r$+z!k  
    5    26.01458    5.71573    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN T?Hs_u{  
    6    83.59388    25.92496    AIR @y)fR.!)1$  
    7    24.21580    2.91205    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN s,lrw~17  
    8    117.43058    2.36412    AIR 8/]5h%  
    9    -24.23661    2.87587    H-F51    1.60755    25.46 GUANGMIN vJK0>":G  
    10    -40.27187S    15.99923S    AIR c"6<p5j!  
    IMG    INFINITE 1?Wk qQ  
~-|K5  
    KEY TO SYMBOLS -2bu`oD `  
+Z /Pj_.o  
    A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE D/Bb)]9I  
    G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES P!1y@R>Ln  
    O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP CH!Lf,G  
    S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA L%I@HB9-Q0  
    T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP n:'Mpux  
    THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>
1Hk`i%  
_6xC4@~h*  
如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 ':6`M  
1.97微米的透射率是多少? 输入FIND TRANS IN COLOR 1.它返回98.18%。 (此处膜层被忽略,因为透镜未处于偏振模式。)结果非常好! #r>  
但如果返回值太低怎么办? 我们回到玻璃库并显示1.97微米的吸收 - 并选择具有较短数据条的玻璃。 毕竟,透镜设计完全取决于平衡,这些工具是最好的工具。

asdoptics 2019-03-03 22:03
优秀文章,支持!
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