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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

9;>@"e21R  
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。 [8B tIv  
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。

U)O?| VN^o  
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): 5bu[}mJ  
•    Entering beam radius 17.5 /k4^&  
•    Chief-ray angle 0.935 degrees 9~LpO>-  
•    Back focus distance 16.3 `@VM<av  
•    Cell length 50 4*@G&v?n  
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。 b#?ai3E  
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。
L:|X/c9r[  
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。
f}Ne8]U/Hc  
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。  ?.4yg(  
这是我们的SEARCH输入:
c,3'wnui  
    CORE 16 PROJ Tx|SAa=V  
    DSEARCH 3    QUIET    ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM            ! system requirements follow _mIa8K;  
    ID NIR EXAMPLE    ! lens identification OBB 0 .935 17.5    ! specify the object Fi?U)T+%+  
    WAVL 1.97 1.53 1.06    ! and the wavelength range UNITS MM sw3:HNG=  
    END ^g}gT-l%  
A{DIp+  
    GOALS    ! here we set the goals Z`SWZ<  
    ELEMENTS 5    ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 Fy4<  
    BACK 16 .1 [[/ }1%  
    TOTL 50 .1 w /Bn2bD  
    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 J]kP`  
    NPASS 100 mMD$X[:  
    ANNEAL 200 20 i?&4SG+2~K  
    RSTART 300    ! a useful starting radius, <Y}"D Yt  
    TSTART 1    ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 SG(%d^x`R  
    FOV 0 .5 1 yi AG'[  
    FWT 2 1 1 Nf/ hr%jL  
    GLASS POS    ! positive elements will use this glass type G D-FK61 !_^ {udB}  
    GLASS NEG    ! and negative this type. G H-ZF88 rA1zyZlz  
    END Q%X:5G?  
'NG^HLD/  
    SPECIAL    ! here we give requirements that are not defaults Y1yvI  
    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, 6,V.j>z  
    ASC    ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END    ! get too close to the hemisphere point. A|`Joxr  
)$9C`d[  
    GO    ! this starts the process. PROJ
OTNZ!U/)j  
X1 0"G~0  
在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。
I;Z`!u:+  
我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。
/q*Qx )y+1  
查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。
^cPo{xf  
    PANT n}ZBU5_  
    VLIST RD ALL VLIST TH ALL END A^= Hu,"e  
    AANT AEC )LMBxyS  
    ACC    P =@ L5  
    GSR    0.000000    2.000000    4    M    0.000000 yv8dfl  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    0.500000 Qn'r+X5t  
    GNR    0.000000    1.000000    4    M    1.000000 ^%4( %68  
    M    0.160000E+02    0.100000E+00    A BACK n{qw ]/  
    M    0.500000E+02    0.100000E+00    A TOTL +*:x#$phx  
    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, ![X.%  
    ASC    ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END KOAz-h@6   
    SNAP/DAMP 1 "PDSqYA  
    SYNOPSYS    100
X"qbB4 (I  
S8W_$=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。 $S)e"Po~5  
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)
mn6p s6OB  
    CORE 16 i-"h"nF"  
    GSEARCH 3 QUIET LOG SURF ?:;hTY  
    1 3 5 7 9 }HA2c e\  
    END aP6%OI  
*C:q _/  
    OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES O7<V@GL+  
    G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 i>kNz(*  
qS/71Kv'  
    END USE 2 GO
5@%=LPV  
Q'Jpsmwu  
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
x"C93ft[  
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。 ezq q@t9  
任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表:
A0N ;VYv  
    SYNOPSYS>SPE ^) b7m  
Jk6/i;4|  
    ID NIR EXAMPLE >`,#%MH#  
    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110    22 pS|JDMo  
    LENS SPECIFICATIONS: K~hlwjrt  
\Dsl7 s=  
    SYSTEM SPECIFICATIONS >* Qk~kv<%  
vsr~[d=  
    OBJECT DISTANCE    (TH0)    INFINITE    FOCAL LENGTH    (FOCL)    49.9800 /wCxf5q0  
    OBJECT HEIGHT    (YPP0)    INFINITE    PARAXIAL FOCAL    POINT    15.9992 \8>N<B)  
    MARG RAY HEIGHT    (YMP1)    17.5000    IMAGE DISTANCE    (BACK)    15.9992 2QuypVC ]  
    MARG RAY ANGLE    (UMP0)    0.0000    CELL LENGTH    (TOTL)    50.0025 :#!F 7u  
    CHIEF RAY HEIGHT    (YPP1)    0.0000    F/NUMBER    (FNUM)    1.4280 MgK(gL/&[  
    CHIEF RAY ANGLE    (UPP0)    0.9350    GAUSSIAN IMAGE    HT(GIHT)    0.8157 ?$8 ,j+&I  
    ENTR    PUPIL SEMI-APERTURE    17.5000    EXIT PUPIL SEMI-APERTURE    24.7688 [Xo J7  
    ENTR    PUPIL LOCATION    0.0000    EXIT PUPIL LOCATION    -54.7406 5A=xFj{  
>8mW-p  
    WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 ])ZJ1QL1  
    WEIGHTS    1.000000 1.000000 1.000000 ^MWW,`  
    COLOR ORDER    2    1    3 LM`tNZ1Fc!  
    UNITS    MM xyJgHbml  
    APERTURE STOP SURFACE (APS)    1    SEMI-APERTURE    17.53054 Xk fUPbU  
    FOCAL MODE    ON r@V(w`  
    MAGNIFICATION    -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA &WWO13\qd  
Pc:'>,3!V3  
    SURF    RADIUS    THICKNESS    MEDIUM    INDEX    V-NUMBER FU v)<rK  
%^@0tT  
    0    INFINITE    INFINITE    AIR 0PX@E-n  
    1    83.04964    4.55863    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN 1XKIK(l  
    2    -90.13577    1.76097    AIR [(^''*7r+T  
    3    -61.20988    2.89016    H-ZF88    1.87811    26.89 GUANGMIN }j<_JI  
    4    -136.80545    1.00000    AIR i~PZvxt  
    5    26.01458    5.71573    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN ,4I6RwB.  
    6    83.59388    25.92496    AIR Hn2Q1lF-ip  
    7    24.21580    2.91205    D-FK61    1.48647    78.02 GUANGMIN %;XuA*e  
    8    117.43058    2.36412    AIR I3=Sc^zz&V  
    9    -24.23661    2.87587    H-F51    1.60755    25.46 GUANGMIN gRd1(S  
    10    -40.27187S    15.99923S    AIR XXdMppoR  
    IMG    INFINITE hdDI%3vk3  
I)4|?tb ?  
    KEY TO SYMBOLS mp$II?hZ*  
\Hx#p`B%  
    A    SURFACE    HAS TILTS AND DECENTERS    B    TAG ON SURFACE u6&Ixi/s'  
    G    SURFACE    IS IN GLOBAL COORDINATES    L    SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES HOI`F3#XI  
    O    SPECIAL    SURFACE TYPE    P    ITEM IS SUBJECT TO PICKUP 5UD;Z V%  
    S    ITEM IS    SUBJECT TO SOLVE    M    SURFACE HAS MELT INDEX DATA "Q!{8 9Y  
    T    ITEM IS    TARGET OF A PICKUP ^Q+5M"/8  
    THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>
Y7I  
Yy;1N{dbT  
如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 ,UJPLj^  
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! hzVr3;3Zn  
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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