SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
"`W1yk5x 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。 'wB Huq 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。 )- 6s7 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): \yX !P1 • Entering beam radius 17.5 OFQi&/ • Chief-ray angle 0.935 degrees lM|WOmD • Back focus distance 16.3 VM\Z<}C • Cell length 50 O"J.k&C<, 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。
ELgae1 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。 nnd-pf- 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。 ?CT^Zegmr 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。 $?/Xk%d+ 这是我们的SEARCH输入: FbCZV3Y CORE 16 PROJ Y?vm%t`K DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow WKrZTPD'm ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object l5y#i7 q WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM -o!,,XYj . END MVeQ5c( L(1,W<kYg GOALS ! here we set the goals U:P3Z3Y% ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 ]6VUqFO) BACK 16 .1 ,^+R%7mv TOTL 50 .1 l-^XW?CfL STOP FIRST ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX ! so we put it in front and keep it there );uZ4PNK/? NPASS 100 %oCjZ"ke ANNEAL 200 20 o4[2`mT RSTART 300 ! a useful starting radius, Y"/UYxCm|& TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 mN'9|`>V> FOV 0 .5 1 u<y\iZ[
FWT 2 1 1 6pn@`UK GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 #c)Ou!Ldb GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 *UL|{_)c END <]e;tF)+ pTX'5 SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults 2-E71-J ACM 3 .1 1 ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, <9@]| ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. +81+4{* vYt:}$AE GO ! this starts the process. PROJ 8rG&CxI [rQ(ae 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。 TnU$L3k 我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。 7}1Kafs 查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。 ^$Io;*N4 PANT 7fzyD VLIST RD ALL VLIST TH ALL END j5Wx*~@( AANT AEC |16BidWi ACC P [ 6o:v8&3 GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 yzNX2u1 GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 0l1]QD+Gc5 GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 }.$B1%2 M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK 8m[L]6F(-z M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL .9fluAG ACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, Y&Lk4 ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END U}wq~fD SNAP/DAMP 1 Cm}UWX SYNOPSYS 100 P_lcX;O K9M.+d4 保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 UuqnL{ 现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据) \\G6c4fC CORE 16 'MQGR@* GSEARCH 3 QUIET LOG SURF [pWDhY 1 3 5 7 9 PRlo"kN END x0;}b-f pVa|o&, OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES FuiW\=^ G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 %y7wF'_Y kJeOlO[ END USE 2 GO 5)v^
cR?& bfI -!, 透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差 ?jm2|: 看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 ZznWs+ 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: nJ#@W b@ SYNOPSYS>SPE &q}@[
)V4 99>yaW ID NIR EXAMPLE # +]! u%n ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 \q1%d.\X LENS SPECIFICATIONS: :::f,aCAu 842+KLS SYSTEM SPECIFICATIONS uv!qE1z@': bNU^tL3QZ OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 yaYt/?| OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 5XUI7Q% MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 L"IHyUW MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 r8?Lr-; CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 ~JPzjE CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 &&S4x ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 wP1VQUL ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 PW<wjf,rQ 1p<?S}zg@ WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 sx^? Iw,N' WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 o5x^ "# COLOR ORDER 2 1 3 4H?Ma|, UNITS MM _NnOmwK7 APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 WA\f`SRF FOCAL MODE ON 0_pwY=P MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA BvR3Oi@Wc #R~NR8(z SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER (4{9
QO {$:13AnK 0 INFINITE INFINITE AIR B"zg85
e 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN XRz6Yf(/ 2 -90.13577 1.76097 AIR &Q+V I/p 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN #p`7gFl 4 -136.80545 1.00000 AIR QaBXzf
5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN OBSJbDqT 6 83.59388 25.92496 AIR J*C*]( 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN (UT*T 8 117.43058 2.36412 AIR {*$J&{6V 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN B:.;:AEbT 10 -40.27187S 15.99923S AIR R_&z2I IMG INFINITE g|_*(=Q }0>/G?2Yp
KEY TO SYMBOLS M=`Se&-M *~^^A9C8 A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE *{s[$}uQ G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES 6l7a9IJ O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP <F
& hfy S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA 94@!.11 T ITEM IS TARGET OF A PICKUP --FtFo THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> 6Ymk8.PF g(H3arb& 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 4344PBj 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! rep"xV&|>o 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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