SYNOPSYS 光学设计软件课程十：近红外透镜案例
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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。 dW:w<{a!R
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。 knI*-
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）： =t ~ +63)
• Entering beam radius 17.5 S]S p Z8
• Chief-ray angle 0.935 degrees zT2F&y
q
• Back focus distance 16.3 DHSU?o#jY
• Cell length 50 -DbH6u3
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。 )+VHt
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。 c
g3Cl[s
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。 ,7WK<0
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。 ZJ)3GF}4
这是我们的SEARCH输入： m[//_TFf]
CORE 16 PROJ & *LA_]1@
DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow MLEIx()
ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object \fkS_r, i
WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM n$}R/*
END )UxQf37
A}
x_zt
GOALS ! here we set the goals cWX"e6
ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 #r78Ym'aI
BACK 16 .1 1oX z[ V
TOTL 50 .1 2D\x-!l/
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 Po2_ 0uX
NPASS 100 Fv5x6a
ANNEAL 200 20 #VP-T; Ahe
RSTART 300 ! a useful starting radius, w%%6[<3%
TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 .YnP% X=
FOV 0 .5 1 RPofa+
FWT 2 1 1 UeutFNp
GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 P 'F Pe55F
GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 Q6e'0EIKC
END N {0+C?{_
gdkLPZ<<
SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults o`JlXuG?o
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, >b/k|?xP
ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. 5yO#N2jY\
T<9 dW?'|
GO ! this starts the process. PROJ u(TgWp5WF
T7WZ(y
3C
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。 +S:u[x
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。 Ah8^^h|TPJ
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。 tDuUAI54
PANT ouu-wQ|(mM
VLIST RD ALL VLIST TH ALL END 945
|MQPn
AANT AEC wXIe5
ACC P y5Z<uwXc
GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000
8E.5k@
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000
k=d%.kg
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 | P[D2R}
M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK Pv/%s) &y&
M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL 5Qm .ECXV
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, yC&b-y
ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END Fh3Dc 83~
SNAP/DAMP 1 ]w&?k:y>
SYNOPSYS 100 \V!X& a
??esB& 4?
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。 jmZ|b6
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） #4|i@0n}D
CORE 16 >8Yrmq
GSEARCH 3 QUIET LOG SURF \CEnOq
1 3 5 7 9 v2W"+QS}u
END G-M l+@e>
sQ3ayB`
OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES F%ylR^H>
G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 !_/8!95
ck4T#g;=
END USE 2 GO H(* = 9
fSQ3 :o
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 | WwFE|<
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。 C\hZ;Z1
任务完成！ 这是最终透镜的SPEC列表： uN? O*h/(
SYNOPSYS>SPE 8d*<Aki?;
MW d_ 6XM
ID NIR EXAMPLE 4d3]pvv
ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 j}x
O34
LENS SPECIFICATIONS: ^VL UZ
M $ 5%QM}
SYSTEM SPECIFICATIONS +h\W~muR
<=GzK:4L
OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 aR(Z~z;C
OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 ,h)T (
MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 DoPF/m}
MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 Xy(SzJ %
CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 ;?L[]Ezzt
CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 dxhjPS~^Q
ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 i6\!7D]
ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 `b' |FKc]
d_?Zr`:
WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 fKK-c9F
WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 tEs[zo+DR-
COLOR ORDER 2 1 3 (A<sFw?
UNITS MM =D"63fP1
APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 3x;y}:wQ a
FOCAL MODE ON ]bU'G$Qm&s
MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA F8r455_W"
*t-A6)2
SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER CR8r|+(8
=A&*SE o5
0 INFINITE INFINITE AIR yp/V 8C
1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN j
&[WE7wf
2 -90.13577 1.76097 AIR %Fm;LQa ]
3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN '; T5[l,
4 -136.80545 1.00000 AIR ~esEql=Q3'
5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN $6x:aG*F
6 83.59388 25.92496 AIR ~9'4w-Sy
7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN 3[O =2
8 117.43058 2.36412 AIR 7(+ZfY~w"
9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN N(/<qv
10 -40.27187S 15.99923S AIR )Ai%wCzw*
IMG INFINITE R{y{
ydFhw}1>
KEY TO SYMBOLS dcTM02kEh
v+_Y72h*a
A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE # yRA. ;
G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES =
(h ;L$
O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP d`][1rZk
S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA +jZg%$Q!#
T ITEM IS TARGET OF A PICKUP Bst>9V&R
THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> c]v3dHE_h
bFx J|
如果这些透镜机械方面也是合适，问题就解决了。 &)}:Y!qiu
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！ ] Sx= y<
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。
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