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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

-T7xK/  
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。 1~J5uB4  
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。

R[LsE^  
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): ZU^I H9  
•    Entering beam radius 17.5 rz%<AF Z  
•    Chief-ray angle 0.935 degrees BYi)j6"  
•    Back focus distance 16.3 1j0-9Kg'  
•    Cell length 50 9XX>A*  
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。 9AHSs,.t  
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。
k6!4Zz_8  
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。
pQMtj0(y  
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。 a8$kNtA  
这是我们的SEARCH输入:
ubYG  
    CORE 16 PROJ dA_YL?o r  
    DSEARCH 3    QUIET    ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM            ! system requirements follow =p@8z /u  
    ID NIR EXAMPLE    ! lens identification OBB 0 .935 17.5    ! specify the object n,j$D62[  
    WAVL 1.97 1.53 1.06    ! and the wavelength range UNITS MM aQ#qRkI  
    END 2Vk\L~K  
;;Ds  
    GOALS    ! here we set the goals >xu [q\:"  
    ELEMENTS 5    ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 N8v'70  
    BACK 16 .1 WZZ4]cC  
    TOTL 50 .1 fQ 7vL~E  
    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 <YFY{VC(  
    NPASS 100 Vw#{C>  
    ANNEAL 200 20 {_#yz\j  
    RSTART 300    ! a useful starting radius, Xl_Uz8Hp  
    TSTART 1    ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 K-eY|n  
    FOV 0 .5 1 eKN$jlg  
    FWT 2 1 1 p'n4)I2#  
    GLASS POS    ! positive elements will use this glass type G D-FK61 8' K0L(3[  
    GLASS NEG    ! and negative this type. G H-ZF88 3=  -pG  
    END ir16   
Y[Ltrk{  
    SPECIAL    ! here we give requirements that are not defaults X"q!Y#)  
    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, [zkikZy  
    ASC    ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END    ! get too close to the hemisphere point. 1tMQqI`N  
B*1W`f  
    GO    ! this starts the process. PROJ
xSK~s  
;AJTytE>%  
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。
%ZP+zh n}  
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。
rw7_5l  
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。
7^*"O&y_al  
    PANT xJs;v  
    VLIST RD ALL VLIST TH ALL END x3p ND  
    AANT AEC ^pnG0(9  
    ACC    P !xIm2+:(  
    GSR    0.000000    2.000000    4    M    0.000000 Xz 4 x  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    0.500000 sZ&G%o  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 " =] -%B  
    M    0.160000E+02    0.100000E+00    A BACK H ?M/mGP  
    M    0.500000E+02    0.100000E+00    A TOTL DI|:p!Nx  
    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, 8Q{9>^  
    ASC    ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END ULH0'@BJ  
    SNAP/DAMP 1 ~z5R{;Nbz|  
    SYNOPSYS    100
,m=4@ofX  
C1EtoOv K  
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。 HO)/dZNU  
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)
Rli:x  
    CORE 16 'b*%ixa  
    GSEARCH 3 QUIET LOG SURF 9Z5D\yv?H  
    1 3 5 7 9 dq1:s1  
    END {<>K]P~wD  
qFQ 8  
    OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES _ee dBpV  
    G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 RP5+d  
4)>FS'=  
    END USE 2 GO
YC_5YY(k  
-u!FOD/  
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
=qy=-j]  
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。 P|tNL}2`;  
任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表:
Wo~vhv$E  
    SYNOPSYS>SPE vIl+#9L0  
 7R#+Le)  
    ID NIR EXAMPLE .`<@m]m-  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110    22 z7M_1%DEx  
    LENS SPECIFICATIONS: wkqX^i7ls  
[YrHA~=U  
    SYSTEM SPECIFICATIONS ~9)"!   
ps .]N   
    OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    49.9800 ^.k |SK`U  
    OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    15.9992 dz [!-M  
    MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    17.5000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    15.9992 `Q3s4VEC  
    MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    50.0025 zk*c)s  
    CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    1.4280 Ch$*Gm19Z  
    CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.9350    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.8157 zA+~7;7E  
    ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    17.5000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    24.7688 '0y9MXRT  
    ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -54.7406 9Y>8=#.c  
@_:]J1jw7  
    WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 ?m$a6'2-,J  
    WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000 ~8"8w(CG*I  
    COLOR ORDER    2    1    3 G7--v,R1x  
    UNITS    MM 7XKY]|S,'  
    APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    17.53054 <<=WY_m}  
    FOCAL MODE    ON ydw)mT44K  
    MAGNIFICATION    -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA o9xlu.QL{c  
Yt|6 X:l  
    SURF    RADIUS    THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER ,QzL)W7  
8Og_W8  
    0    INFINITE    INFINITE    AIR '>$]{vQ3  
    1    83.04964    4.55863    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN |#1(Z-}  
    2    -90.13577    1.76097    AIR jM-)BP6f4  
    3    -61.20988    2.89016    H-ZF88    1.87811    26.89 GUANGMIN >5s6u`\  
    4    -136.80545    1.00000    AIR "S 3wk=?4  
    5    26.01458    5.71573    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN fwK}/0%  
    6    83.59388    25.92496    AIR sY?,0T_m  
    7    24.21580    2.91205    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN '47P|t  
    8    117.43058    2.36412    AIR AU-n&uX  
    9    -24.23661    2.87587    H-F51    1.60755    25.46 GUANGMIN 2z\zh[(w  
    10    -40.27187S    15.99923S    AIR N2.AKH  
    IMG    INFINITE ={LMdC~5X  
>.dWjb6t  
    KEY TO SYMBOLS 5~mh'<:  
>pU:Gr  
    A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE P/EM :  
    G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES T3`ludm^u  
    O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP "\0v,!@  
    S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA Ag F,aZU  
    T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP h3dsd  
    THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>
u7?$b!hG^C  
DJgTA]$&  
如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 lA>DS#_  
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! V& C/Z}\  
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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